JP6264552B2 - Method for manufacturing solid oxide fuel cell device - Google Patents

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Description

本発明は、固体酸化物型燃料電池装置の製造方法に関し、特に、燃料電池モジュールに収容された複数の燃料電池セルを電気的に接続する集電体を備えた固体酸化物型燃料電池装置の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a solid oxide fuel cell device, and more particularly, to a solid oxide fuel cell device including a current collector that electrically connects a plurality of fuel cells housed in a fuel cell module. It relates to a manufacturing method.

固体酸化物型燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell:以下「SOFC」とも言う)は、電解質として酸化物イオン導電性固体電解質を用い、その両側に電極を取り付け、一方の側に燃料ガスを供給し、他方の側に酸化剤ガス(空気、酸素等)を供給して、比較的高温で動作する燃料電池である。   A solid oxide fuel cell (hereinafter also referred to as “SOFC”) uses an oxide ion conductive solid electrolyte as an electrolyte, attaches electrodes on both sides thereof, and supplies fuel gas on one side, The fuel cell operates at a relatively high temperature by supplying an oxidant gas (air, oxygen, etc.) to the other side.

固体酸化物型燃料電池装置は、燃料電池モジュール内に複数の燃料電池セル(セルチューブ)からなるセル配列を収容している。このセル配列では、複数の燃料電池セルが集電体により互いに電気的に接続される。例えば、特開2008−71711号公報(特許文献1)に記載の燃料電池装置では、複数の燃料電池セルの上端部及び下端部がそれぞれ電気絶縁性の支持板の孔に挿入され、導電性のシール材により支持板に固定されている。そして、さらに、隣接する燃料電池セルの上端部間及び下端部間が導電性のシール材を介して接続部材によって接続されている。
また、特開2008−218005号公報(特許文献2)に記載の燃料電池装置では、多数の燃料電池セルの上端部間及び下端部間が、3枚の集電体を用いて電気的に接続されている。
The solid oxide fuel cell device accommodates a cell array composed of a plurality of fuel cells (cell tubes) in a fuel cell module. In this cell arrangement, a plurality of fuel cells are electrically connected to each other by a current collector. For example, in the fuel cell device described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-71711 (Patent Document 1), the upper end portions and the lower end portions of a plurality of fuel cells are respectively inserted into the holes of the electrically insulating support plate, and are electrically conductive. It is fixed to the support plate by a sealing material. Further, the upper end portions and the lower end portions of adjacent fuel cells are connected by a connecting member via a conductive sealing material.
Further, in the fuel cell device described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-210805 (Patent Document 2), the upper end portions and the lower end portions of many fuel cells are electrically connected using three current collectors. Has been.

特開2008−71711号公報JP 2008-71711 A 特開2008−218005号公報JP 2008-210805 A

しかしながら、特許文献1の燃料電池装置のように、燃料電池セルの両端部において、隣接する燃料電池セルの端部間を接続部材及びシール材により接続する場合、燃料電池セルが多数であると、燃料電池セルの電気的接続作業が非常に手間が掛かり面倒である。   However, as in the fuel cell device of Patent Document 1, when connecting the end portions of adjacent fuel cells at the both ends of the fuel cells with a connecting member and a sealing material, the number of fuel cells is The electrical connection work of the fuel cells is very troublesome and troublesome.

一方、特許文献2の燃料電池装置では、3枚の集電体のみで多数の燃料電池セルの端部を電気的に接続するため、燃料電池セルの電気的接続作業が容易となる。具体的には、各集電体には、対応する複数の燃料電池セルを取り付けるための取付孔が形成されており、各取付孔には、孔の縁部から孔の中心へ向けて放射状に延びる複数の弾性片が形成されている。このため、複数の燃料電池セルからなるセル配列に対して各集電体を押し付けることにより、各集電体の複数の取付孔に、対応する燃料電池セルの端部を挿入することができる。そして、各取付孔の複数の弾性片を、対応する燃料電池セルの端部の外周面に弾性的に接触させることができる。これにより、多数の燃料電池セルに対して集電体を取り付ける作業についての作業効率が大幅に改善され、燃料電池セルの電気的接続作業が簡単化される。   On the other hand, in the fuel cell device of Patent Document 2, since the ends of many fuel cells are electrically connected by only three current collectors, the electrical connection work of the fuel cells is facilitated. Specifically, each current collector has a mounting hole for mounting a plurality of corresponding fuel cells, and each mounting hole has a radial shape from the edge of the hole toward the center of the hole. A plurality of elastic pieces extending are formed. For this reason, the edge part of a corresponding fuel cell can be inserted in the some attachment hole of each current collector by pressing each current collector with respect to the cell arrangement | sequence which consists of a some fuel cell. And the some elastic piece of each attachment hole can be made to contact elastically with the outer peripheral surface of the edge part of a corresponding fuel cell. As a result, the work efficiency of the work of attaching the current collector to a large number of fuel cells is greatly improved, and the electrical connection work of the fuel cells is simplified.

しかしながら、本発明者は、特許文献2のような集電体には以下のような問題点があることを見出した。即ち、燃料電池セルは、セラミック材料で形成されるため、個々の燃料電池セルの形状(径、長さ、曲がり等)にばらつきがある。このため、複数の燃料電池セルにより形成されたセル配列において、各燃料電池セルの端部は、理想的な位置からずれてしまう。   However, the present inventor has found that the current collector as in Patent Document 2 has the following problems. That is, since the fuel cell is made of a ceramic material, the shape (diameter, length, bending, etc.) of each fuel cell varies. For this reason, in the cell arrangement | sequence formed by the several fuel cell, the edge part of each fuel cell will shift | deviate from an ideal position.

したがって、集電体をセル配列に対して位置合わせしても、一部の燃料電池セルの軸中心位置が集電体の対応する取付孔に対してずれるので、集電体のセル配列への取付動作において、集電体をセル配列に対して押し付けるために必要な押圧力が大きくなる。そして、無理に集電体をセル配列に対して押し付けると、燃料電池セルの端部の外表面に設けられた電極を弾性片によって剥がしてしまうおそれがある。このような電極の損傷は、電池性能及び装置寿命に悪影響を与える。   Therefore, even if the current collector is aligned with the cell array, the axial center positions of some of the fuel cells are shifted with respect to the corresponding mounting holes of the current collector. In the mounting operation, the pressing force required to press the current collector against the cell array increases. If the current collector is forcibly pressed against the cell array, the electrode provided on the outer surface of the end portion of the fuel cell may be peeled off by the elastic piece. Such electrode damage adversely affects battery performance and device life.

複数の燃料電池セルを集電体へ挿入することを容易にすると共に、挿入時における電極の剥がれを防止するためには、集電体の厚みを薄くして弾性片の弾性力を小さくすればよい。しかしながら、引用文献2の燃料電池装置では、集電体と燃料電池セルとを弾性片の弾性力を用いて接触させているので、弾性片の弾性力が低下した場合に、集電体と燃料電池セルとの電気的接続が失われてしてしまう。即ち、集電体の厚みを薄くして弾性片の弾性力を小さくした場合、集電体のセル配列への取り付け時、及び、燃料電池装置の運転中に、弾性片の片当たり(即ち、取付孔の複数の弾性片のうちの一部が燃料電池セルに適切に接触しない)が発生するおそれがある。特に、運転中に弾性片が高温(例えば、600℃以上)に晒されると弾性片の弾性係数が低下し、さらに再結晶化等により弾性片の弾性力が失われるおそれがあるため、弾性片の片当たりが発生し易い。一部の弾性片において導通不良が発生すると、接触している弾性片に電流が集中するため、特定の燃料電池セル又はその一部に電流が集中し、所定の電池性能が発揮されなくなると共に、製品寿命が短くなってしまう。   In order to facilitate the insertion of a plurality of fuel cells into the current collector and to prevent electrode peeling during insertion, the thickness of the current collector should be reduced to reduce the elastic force of the elastic piece. Good. However, since the current collector and the fuel battery cell are brought into contact with each other using the elastic force of the elastic piece in the fuel cell device of the cited document 2, when the elastic force of the elastic piece is reduced, the current collector and the fuel The electrical connection with the battery cell is lost. That is, when the current collector is thinned to reduce the elastic force of the elastic piece, when the current collector is attached to the cell array and during operation of the fuel cell device, There is a possibility that a part of the plurality of elastic pieces of the mounting hole does not properly contact the fuel cell). In particular, if the elastic piece is exposed to a high temperature (for example, 600 ° C. or more) during operation, the elastic coefficient of the elastic piece is reduced, and the elastic force of the elastic piece may be lost due to recrystallization or the like. This is likely to occur. When conduction failure occurs in some of the elastic pieces, the current concentrates on the elastic pieces that are in contact, so that the current concentrates on a specific fuel cell or a part thereof, and the predetermined battery performance is not exhibited, Product life will be shortened.

このように特許文献2の燃料電池装置における集電体構造は、セル配列に対する集電体の取り付け作業を容易とするが、集電体の取り付け時に燃料電池セルの電極を破損するおそれ、及び、少なくとも燃料電池装置の運転時に集電体と燃料電池セルとの間の導通不良が発生するおそれがあるという問題があった。   As described above, the current collector structure in the fuel cell device of Patent Document 2 facilitates the operation of attaching the current collector to the cell array, but may damage the electrode of the fuel cell when the current collector is attached, and There has been a problem in that there is a risk of poor conduction between the current collector and the fuel cell at least during operation of the fuel cell device.

従って、本発明は、集電体により複数の燃料電池セルを電気的に接続する構造を有する固体酸化物燃料電池装置の製造方法において、燃料電池セルの電極の破損を防止できると共に、燃料電池セルと集電体との電気的接続を確保することができる固体酸化物型燃料電池装置の製造方法を提供することを目的としている。   Accordingly, the present invention provides a method for manufacturing a solid oxide fuel cell device having a structure in which a plurality of fuel cells are electrically connected by a current collector, and can prevent damage to the electrodes of the fuel cell and also the fuel cell. It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a solid oxide fuel cell device that can ensure electrical connection between the battery and the current collector.

上述した課題を解決するために、本発明は、燃料電池モジュールに収容された複数の燃料電池セルからなるセル配列と、セル配列を構成する複数の燃料電池セルの端部に形成された電極に電気的に接続された集電体と、を備えた固体酸化物型燃料電池装置の製造方法であって、複数の燃料電池セルからなるセル配列を準備する準備工程であって、燃料電池セルの端部に形成された電極は、燃料電池セルの燃料極又は空気極を構成する多孔質の導電性材料により構成された多孔質体であり、準備工程が、複数の燃料電池セルの電極に導電性の接着剤を塗布する塗布工程を含む、準備工程と、集電体をセル配列に対して取り付ける取付工程であって、集電体が、複数の燃料電池セルの端部をそれぞれ挿入するための複数の取付孔が形成された金属板であり、各取付孔には複数の弾性片が設けられており、集電体をセル配列に対して押し付けることにより、集電体の各取付孔に、対応する燃料電池セルの端部を挿入し、集電体を弾性片の弾性力によってセル配列に対して取り付ける、取付工程と、弾性片と燃料電池セルの電極との間に配置された接着剤によって、弾性片と燃料電池セルの電極とを接着する接着工程と、を備えたことを特徴としている。   In order to solve the above-described problems, the present invention provides a cell array composed of a plurality of fuel cells housed in a fuel cell module, and electrodes formed at end portions of the plurality of fuel cells constituting the cell array. A solid oxide fuel cell device manufacturing method comprising: an electrically connected current collector; and a preparation step for preparing a cell array composed of a plurality of fuel cells, The electrode formed at the end is a porous body made of a porous conductive material that constitutes the fuel electrode or air electrode of the fuel cell, and the preparation process conducts to the electrodes of the plurality of fuel cells. A preparatory step including an application step of applying a conductive adhesive, and an attachment step of attaching the current collector to the cell array, wherein the current collector inserts the ends of the plurality of fuel cells, respectively. Metal with multiple mounting holes Each mounting hole is provided with a plurality of elastic pieces. By pressing the current collector against the cell array, the end of the corresponding fuel cell is inserted into each mounting hole of the current collector. Then, the current collector is attached to the cell array by the elastic force of the elastic piece, and the elastic piece and the fuel cell electrode are attached by an attachment step and an adhesive disposed between the elastic piece and the fuel cell electrode. And an adhesion process for adhering to each other.

集電体をセル配列に対して押し付けて、集電体の複数の取付孔に燃料電池セルを挿入させることにより、集電体をセル配列に弾性的に取り付ける場合、燃料電池セルの製造寸法精度が高くないことに起因して、集電体を大きな押圧力でセル配列に対して押し付ける必要がある。ところが、無理に集電体を押し付けると、燃料電池セル(特に電極層)を損傷させてしまうおそれがある。特に、集電体の取付孔に設けられた弾性片の弾性力が大きいと、挿入時に弾性片が燃料電池セルの外周面をひっかくことにより、燃料電池セルの電極層を傷付けてしまう。   When the current collector is elastically attached to the cell array by pressing the current collector against the cell array and inserting the fuel cell into the mounting holes of the current collector, the manufacturing dimensional accuracy of the fuel cell Therefore, it is necessary to press the current collector against the cell array with a large pressing force. However, forcibly pressing the current collector may damage the fuel cell (particularly the electrode layer). In particular, if the elastic force of the elastic piece provided in the mounting hole of the current collector is large, the elastic piece scratches the outer peripheral surface of the fuel cell when inserted, and damages the electrode layer of the fuel cell.

このような燃料電池セルの損傷を回避するためには、例えば、弾性片を厚みの薄い板材で形成することにより、弾性片の弾性力を低めに設定する必要がある。しかしながら、弾性片の弾性力が低いと、燃料電池セルの製造寸法誤差に起因して取り付け時に弾性片が片当たりし、製造当初から弾性片と電極との間に導通不良が生じるおそれがある。また、弾性片の弾性力が低いと、燃料電池装置の運転中に集電体が高温に晒され、弾性片の弾性力のさらなる低下が生じることに起因して、弾性片が片当たりして、弾性片と燃料電池セルの電極との間に部分的な導通不良が生じるおそれがある。   In order to avoid such damage of the fuel cell, for example, it is necessary to set the elastic force of the elastic piece to be low by forming the elastic piece with a thin plate material. However, if the elastic force of the elastic piece is low, the elastic piece hits the piece at the time of attachment due to a manufacturing dimensional error of the fuel cell, and there is a possibility that poor conduction occurs between the elastic piece and the electrode from the beginning of manufacture. Also, if the elastic force of the elastic piece is low, the current collector is exposed to a high temperature during the operation of the fuel cell device, and the elastic force of the elastic piece further decreases, causing the elastic piece to hit the piece. There is a possibility that partial conduction failure may occur between the elastic piece and the electrode of the fuel cell.

そこで、本発明では、セル配列の準備工程において、燃料電池セルの電極に導電性の接着剤を塗布する塗布工程を含むように構成している。そして、準備工程の後に、集電体をセル配列に対して取り付ける取付工程を含み、この取付工程において、弾性片の弾性力によって、集電体がセル配列に対して取り付けられ、集電体の弾性片と燃料電池セルの電極との間に接着剤が配置される。この取付工程において、弾性片が接着剤の層を介して電極と弾性的に係合するため、電極の破損が抑制され、集電体の取り付けの作業性を良好に維持することができる。また、取り付けられた集電体の弾性片は、導電性の接着剤の層を介して、電極との間で電気的な導通状態を確保することができる。   Therefore, in the present invention, the cell array preparation step includes an application step of applying a conductive adhesive to the electrode of the fuel cell. Then, after the preparation step, an attachment step of attaching the current collector to the cell array is included. In this attachment step, the current collector is attached to the cell array by the elastic force of the elastic piece. An adhesive is disposed between the elastic piece and the electrode of the fuel cell. In this attachment step, since the elastic piece elastically engages with the electrode via the adhesive layer, the electrode is prevented from being damaged, and the workability of attaching the current collector can be maintained well. Further, the elastic piece of the attached current collector can ensure electrical conduction between the electrode and the electrode through the conductive adhesive layer.

さらに、本発明では、集電体がセル配列に取り付けられた状態で、集電体の弾性片と燃料電池セルの電極とを接着剤により接着する接着工程を備えている。よって、製造時において、電極に対して片当たりするような弾性片を含めて、弾性片を導電性の接着剤によって電極に対して物理的に固定することができるので、接着剤を介して弾性片と電極との間の導通を確保することができる。また、運転中における弾性片の弾性力の低下分を接着剤の接着力が補償するので、仮に弾性片の弾性力が消失したとしても、弾性片が電極に対して移動することがなく、弾性片と電極との間の導通状態を確保することができる。   Furthermore, the present invention includes a bonding step of bonding the elastic piece of the current collector and the electrode of the fuel cell with an adhesive in a state where the current collector is attached to the cell array. Therefore, at the time of manufacture, the elastic piece including the elastic piece that contacts with the electrode can be physically fixed to the electrode with a conductive adhesive. Conduction between the piece and the electrode can be ensured. In addition, since the adhesive force of the adhesive compensates for the decrease in elastic force of the elastic piece during operation, even if the elastic force of the elastic piece disappears, the elastic piece does not move relative to the electrode, A conduction state between the piece and the electrode can be ensured.

さらに、本発明では、燃料電池セルの電極が、燃料極又は空気極と同じ多孔質材料で形成されているので、燃料電池セルの製造を簡単化することができる。また、本発明では、塗布工程において、電極上に導電性の接着剤を塗布することにより接着剤が電極の細孔内に入り込むか、電極の細孔を塞ぐように配置される。このため、多孔質材料からなる電極自体の電気導電性を向上させることができる。また、電極の細孔が導電性の接着剤で埋められることにより、弾性片と電極との間の接触面積が実質的に増えるため、弾性片と電極との間の電気抵抗を低減することが可能となる。このように、本発明では、集電体と燃料電池セルの電極との間の電気導電性をより高めることができる。   Furthermore, in the present invention, since the electrode of the fuel cell is made of the same porous material as the fuel electrode or the air electrode, the production of the fuel cell can be simplified. In the present invention, in the coating step, the conductive adhesive is applied on the electrode so that the adhesive enters the pores of the electrode or is arranged so as to block the pores of the electrode. For this reason, the electrical conductivity of the electrode itself made of a porous material can be improved. Moreover, since the contact area between the elastic piece and the electrode is substantially increased by filling the pores of the electrode with the conductive adhesive, the electrical resistance between the elastic piece and the electrode can be reduced. It becomes possible. Thus, in this invention, the electrical conductivity between a collector and the electrode of a fuel cell can be improved more.

本発明において、好ましくは、接着剤は、粒子状の導電性材料を含む。
このように構成された本発明によれば、接着剤が粒子状の導電性材料を含むため、電極の細孔内に粒子状の導電性材料が入り込み易く、多孔質体である電極の全体又は少なくとも表層部分における電気導電性を高めることができる。好ましくは、導電性材料の粒径は、多孔質体の細孔の孔径と同じ程度か、それ以下であることが好ましい。
In the present invention, the adhesive preferably includes a particulate conductive material.
According to the present invention configured as described above, since the adhesive includes the particulate conductive material, the particulate conductive material easily enters the pores of the electrode, and the entire electrode that is a porous body or The electrical conductivity in at least the surface layer portion can be increased. Preferably, the particle size of the conductive material is the same as or smaller than the pore size of the pores of the porous body.

本発明において、好ましくは、塗布工程の後に、接着剤の粒子状の導電性材料を焼結させて接着剤の緻密化層を形成する緻密化工程を備えている。
このように構成された本発明によれば、塗布工程の後に、接着剤を焼結させて接着剤を緻密化させる緻密化工程を備えることにより、電極の細孔内に入り込んだ導電性材料が細孔内で部分的に溶融状態となった後、固化する。これにより、電極の細孔内での電気導通経路が実質的に拡大されるので、電極を導電性の高い緻密なインターコネクタとすることができる。
In the present invention, preferably, after the coating step, a densification step of sintering a particulate conductive material of the adhesive to form a densified layer of the adhesive is provided.
According to the present invention configured as described above, the conductive material that has entered the pores of the electrode can be obtained by providing a densification step of sintering the adhesive and densifying the adhesive after the coating step. After being partially molten in the pores, it solidifies. Thereby, since the electrical conduction path within the pores of the electrode is substantially enlarged, the electrode can be a dense interconnector with high conductivity.

本発明において、好ましくは、取付工程の後に、緻密化工程を実行する。
このように構成された本発明によれば、集電体をセル配列に取り付ける取付工程の後に、接着剤層の緻密化工程を行うので、弾性片の弾性力により接着剤層を加圧した状態で、接着剤を焼結することができる。このため、弾性片によって加圧された接着剤の部位において、電気導通経路に配置された接着剤の緻密性が増して、導電性をより高めることができる。
In this invention, Preferably, a densification process is performed after an attachment process.
According to the present invention configured as described above, the step of densifying the adhesive layer is performed after the attaching step of attaching the current collector to the cell array, so that the adhesive layer is pressurized by the elastic force of the elastic piece. Thus, the adhesive can be sintered. For this reason, in the part of the adhesive pressurized by the elastic piece, the denseness of the adhesive disposed in the electrical conduction path is increased, and the conductivity can be further increased.

本発明において、好ましくは、接着工程は、接着剤の粒子状の導電性材料を焼結させることによって、接着剤を介して燃料電池セルの電極に弾性片を接着させる工程であり、緻密化工程と接着工程は、接着剤を加熱することによって同時に実行される。
このように構成された本発明によれば、接着工程が接着剤の粒子状の導電性材料を焼結させる工程であり、導電性を高めるための緻密化工程と、弾性片と電極との間の接続を維持するための接着工程とを1つの工程で行うことができるため、製造工程を簡略化することが可能である。
In the present invention, preferably, the bonding step is a step of bonding the elastic piece to the electrode of the fuel cell through the adhesive by sintering the particulate conductive material of the adhesive, and the densification step And the bonding step are performed simultaneously by heating the adhesive.
According to the present invention configured as described above, the bonding step is a step of sintering the particulate conductive material of the adhesive, and between the elastic piece and the electrode, the densification step for increasing the conductivity Since the bonding process for maintaining the connection can be performed in one process, the manufacturing process can be simplified.

本発明において、好ましくは、酸化物型燃料電池装置の製造方法は、燃料電池セルの燃料極を高温の還元ガスで還元する還元工程を含み、緻密化工程と接着工程は、還元工程において高温の還元ガスによって接着剤が焼結されることにより実行される。
このように構成された本発明によれば、緻密化工程と接着工程を、酸化物型燃料電池装置の最終段階で行われる燃料電池セルの還元工程によって、同時に実行するように構成している。この還元工程において、酸化された燃料電池セルを高温の還元ガスによって還元する際に、高温の還元ガスの雰囲気内に置かれた接着剤が加熱され、緻密化工程及び接着工程を同時に実行することができる。このため、本発明では、緻密化工程及び接着工程のために、専用の加熱工程を設ける必要がなく、製造工程を簡略化することができる。
In the present invention, preferably, the method for manufacturing an oxide fuel cell device includes a reduction step of reducing the fuel electrode of the fuel cell with a high-temperature reducing gas, and the densification step and the adhesion step are performed at a high temperature in the reduction step. This is performed by sintering the adhesive with a reducing gas.
According to the present invention configured as described above, the densification process and the adhesion process are performed simultaneously by the fuel cell reduction process performed at the final stage of the oxide fuel cell device. In this reduction process, when the oxidized fuel cell is reduced with a high-temperature reducing gas, the adhesive placed in the atmosphere of the high-temperature reducing gas is heated, and the densification process and the adhesion process are executed simultaneously. Can do. For this reason, in this invention, it is not necessary to provide a heating process for exclusive use for a densification process and an adhesion process, and a manufacturing process can be simplified.

本発明の固体酸化物型燃料電池装置の製造方法によれば、燃料電池セルの電極の破損を防止できると共に、燃料電池セルと集電体との電気的接続を確保することができる。   According to the method for manufacturing a solid oxide fuel cell device of the present invention, it is possible to prevent the electrode of the fuel cell from being damaged, and to ensure electrical connection between the fuel cell and the current collector.

本発明の一実施形態による固体酸化物型燃料電池装置(SOFC)を示す全体構成図である。1 is an overall configuration diagram showing a solid oxide fuel cell apparatus (SOFC) according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態による固体酸化物型燃料電池装置に内蔵されている燃料電池セル収容容器の断面図である。It is sectional drawing of the fuel cell storage container incorporated in the solid oxide fuel cell apparatus by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態による固体酸化物型燃料電池装置に内蔵されている燃料電池セル収容容器の主な部材を分解して示した断面図である。It is sectional drawing which decomposed | disassembled and showed the main member of the fuel cell storage container incorporated in the solid oxide fuel cell apparatus by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態による固体酸化物型燃料電池装置に内蔵されている排気集約室の部分を拡大して示す断面図である。It is sectional drawing which expands and shows the part of the exhaust concentration chamber incorporated in the solid oxide fuel cell apparatus by one Embodiment of this invention. 図2におけるV−V断面である。It is a VV cross section in FIG. (a)下端がカソードにされている燃料電池セルの下端部を拡大して示す断面図であり、(b)下端がアノードにされている燃料電池セルの下端部を拡大して示す断面図である。(A) It is sectional drawing which expands and shows the lower end part of the fuel cell by which the lower end is made into the cathode, (b) It is sectional drawing which expands and shows the lower end part of the fuel cell by which the lower end is made into the anode is there. 本発明の一実施形態による固体酸化物型燃料電池装置に用いられる集電体の説明図である。It is explanatory drawing of the electrical power collector used for the solid oxide fuel cell apparatus by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態による固体酸化物型燃料電池装置の製造工程における一工程の説明図である。It is explanatory drawing of 1 process in the manufacturing process of the solid oxide fuel cell apparatus by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態による固体酸化物型燃料電池装置の製造工程における一工程の説明図である。It is explanatory drawing of 1 process in the manufacturing process of the solid oxide fuel cell apparatus by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態による固体酸化物型燃料電池装置の製造工程における第1実施例に係る集電体の固定方法の説明図である。It is explanatory drawing of the fixing method of the electrical power collector which concerns on 1st Example in the manufacturing process of the solid oxide fuel cell apparatus by one Embodiment of this invention. 第1実施例に係る集電体の固定方法のフローチャートである。It is a flowchart of the fixing method of the electrical power collector which concerns on 1st Example. 本発明の一実施形態による固体酸化物型燃料電池装置において、集電体が燃料電池セルに固定された状態を示す説明図である。In the solid oxide fuel cell device according to one embodiment of the present invention, it is an explanatory view showing a state where the current collector is fixed to the fuel cell. 本発明の一実施形態による固体酸化物型燃料電池装置の製造工程における第2実施例に係る集電体の固定方法のフローチャートである。5 is a flowchart of a current collector fixing method according to a second example in a manufacturing process of a solid oxide fuel cell device according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態による固体酸化物型燃料電池装置の製造工程における第3実施例に係る集電体の固定方法の説明図である。It is explanatory drawing of the fixing method of the electrical power collector which concerns on 3rd Example in the manufacturing process of the solid oxide fuel cell apparatus by one Embodiment of this invention. 第3実施例に係る集電体の固定方法のフローチャートである。It is a flowchart of the fixing method of the electrical power collector which concerns on 3rd Example. 本発明の一実施形態による固体酸化物型燃料電池装置の製造工程における第4実施例に係る集電体の固定方法の説明図である。It is explanatory drawing of the fixing method of the collector which concerns on the 4th Example in the manufacturing process of the solid oxide fuel cell apparatus by one Embodiment of this invention. 第4実施例に係る集電体の固定方法のフローチャートである。It is a flowchart of the fixing method of the electrical power collector which concerns on 4th Example.

次に、添付図面を参照して、本発明の実施形態による固体酸化物型燃料電池装置(SOFC)を説明する。
図1は、本発明の一実施形態による固体酸化物型燃料電池装置(SOFC)を示す全体構成図である。この図1に示すように、本発明の一実施形態による固体酸化物型燃料電池装置(SOFC)1は、燃料電池モジュール2と、補機ユニット4を備えている。
Next, a solid oxide fuel cell apparatus (SOFC) according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is an overall configuration diagram showing a solid oxide fuel cell apparatus (SOFC) according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, a solid oxide fuel cell apparatus (SOFC) 1 according to an embodiment of the present invention includes a fuel cell module 2 and an auxiliary unit 4.

燃料電池モジュール2は、ハウジング6を備え、このハウジング6内部には、断熱材7を介して燃料電池セル収容容器8が配置されている。この燃料電池セル収容容器8内の内部には発電室10が構成され、この発電室10の中には複数の燃料電池セル16が同心円状に配置されており、これらの燃料電池セル16により、燃料ガスと酸化剤ガスである空気の発電反応が行われる。   The fuel cell module 2 includes a housing 6, and a fuel cell storage container 8 is disposed inside the housing 6 via a heat insulating material 7. A power generation chamber 10 is configured inside the fuel cell storage container 8, and a plurality of fuel cell cells 16 are concentrically arranged in the power generation chamber 10. With these fuel cell cells 16, A power generation reaction of air, which is fuel gas and oxidant gas, is performed.

各燃料電池セル16の上端部には、排気集約室18が取り付けられている。各燃料電池セル16において発電反応に使用されずに残った残余の燃料(オフガス)は、上端部に取り付けられた排気集約室18に集められ、この排気集約室18の天井面に設けられた複数の噴出口から流出される。流出した燃料は、発電室10内で発電に使用されずに残った空気により燃焼され、排気ガスが生成されるようになっている。   An exhaust collecting chamber 18 is attached to the upper end of each fuel cell 16. The remaining fuel (off-gas) that is not used in the power generation reaction in each fuel cell 16 is collected in the exhaust collection chamber 18 attached to the upper end, and a plurality of fuel cells 16 provided on the ceiling surface of the exhaust collection chamber 18 are provided. It is discharged from the spout. The fuel that has flowed out is burned by the air remaining in the power generation chamber 10 without being used for power generation, and exhaust gas is generated.

次に、補機ユニット4は、水道等の水供給源24からの水を貯水してフィルターにより純水とする純水タンク26と、この純水タンクから供給される水の流量を調整する水供給装置である水流量調整ユニット28(モータで駆動される「水ポンプ」等)を備えている。また、補機ユニット4は、都市ガス等の燃料供給源30から供給された炭化水素系の原燃料ガスの流量を調整する燃料供給装置である燃料ブロア38(モータで駆動される「燃料ポンプ」等)を備えている。   Next, the auxiliary unit 4 stores a water from a water supply source 24 such as a tap water and uses a filter to obtain pure water, and a water for adjusting the flow rate of the water supplied from the pure water tank. A water flow rate adjustment unit 28 (such as a “water pump” driven by a motor) as a supply device is provided. The auxiliary unit 4 also has a fuel blower 38 (a “fuel pump” driven by a motor) that is a fuel supply device that adjusts the flow rate of a hydrocarbon-based raw fuel gas supplied from a fuel supply source 30 such as city gas. Etc.).

なお、燃料ブロア38を通過した原燃料ガスは、燃料電池モジュール2内に配置された脱硫器36と、熱交換器34、電磁弁35を介して燃料電池セル収容容器8の内部に導入される。脱硫器36は、燃料電池セル収容容器8の周囲に環状に配置されており、原燃料ガスから硫黄を除去するようになっている。また、熱交換器34は、脱硫器36において温度上昇した高温の原燃料ガスが直接電磁弁35に流入し、電磁弁35が劣化されるのを防止するために設けられている。電磁弁35は、燃料電池セル収容容器8内への原燃料ガスの供給を停止するために設けられている。   The raw fuel gas that has passed through the fuel blower 38 is introduced into the fuel cell storage container 8 via the desulfurizer 36 disposed in the fuel cell module 2, the heat exchanger 34, and the electromagnetic valve 35. . The desulfurizer 36 is annularly arranged around the fuel cell storage container 8 and removes sulfur from the raw fuel gas. The heat exchanger 34 is provided to prevent the high temperature raw fuel gas whose temperature has risen in the desulfurizer 36 from flowing directly into the electromagnetic valve 35 and degrading the electromagnetic valve 35. The electromagnetic valve 35 is provided to stop the supply of the raw fuel gas into the fuel cell storage container 8.

補機ユニット4は、空気供給源40から供給される空気の流量を調整する酸化剤ガス供給装置である空気流量調整ユニット45(モータで駆動される「空気ブロア」等)を備えている。   The accessory unit 4 includes an air flow rate adjustment unit 45 (such as an “air blower” driven by a motor) that is an oxidant gas supply device that adjusts the flow rate of air supplied from the air supply source 40.

さらに、補機ユニット4には、燃料電池モジュール2からの排気ガスの熱を回収するための温水製造装置50が備えられている。この温水製造装置50には、水道水が供給され、この水道水が排気ガスの熱により温水となり、図示しない外部の給湯器の貯湯タンクへ供給されるようになっている。
さらに、燃料電池モジュール2には、燃料電池モジュール2により発電された電力を外部に供給するための電力取出部(電力変換部)であるインバータ54が接続されている。
Further, the auxiliary unit 4 is provided with a hot water production device 50 for recovering the heat of the exhaust gas from the fuel cell module 2. The hot water production apparatus 50 is supplied with tap water, and the tap water is heated by the heat of the exhaust gas and supplied to a hot water storage tank of an external hot water heater (not shown).
Furthermore, the fuel cell module 2 is connected to an inverter 54 that is a power extraction unit (power conversion unit) for supplying the power generated by the fuel cell module 2 to the outside.

次に、図2及び図3により、本発明の実施形態による固体酸化物型燃料電池装置(SOFC)の燃料電池モジュールに内蔵された燃料電池セル収容容器の内部構造を説明する。
図2は燃料電池セル収容容器の断面図であり、図3は燃料電池セル収容容器の主な部材を分解して示した断面図である。
図2に示すように、燃料電池セル収容容器8内の空間には、複数の燃料電池セル16が同心円状に配列され、その周囲を取り囲むように燃料流路である燃料ガス供給流路20、排ガス排出流路21、酸化剤ガス供給流路22が順に同心円状に形成されている。ここで、排ガス排出流路21及び酸化剤ガス供給流路22は、酸化剤ガスを供給/排出する酸化剤ガス流路として機能する。
Next, the internal structure of the fuel cell storage container built in the fuel cell module of the solid oxide fuel cell device (SOFC) according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 2 is a cross-sectional view of the fuel cell storage container, and FIG. 3 is an exploded cross-sectional view of the main members of the fuel cell storage container.
As shown in FIG. 2, a plurality of fuel cells 16 are concentrically arranged in a space in the fuel cell storage container 8, and a fuel gas supply channel 20 that is a fuel channel so as to surround the periphery thereof. An exhaust gas discharge passage 21 and an oxidant gas supply passage 22 are formed concentrically in order. Here, the exhaust gas discharge channel 21 and the oxidant gas supply channel 22 function as an oxidant gas channel that supplies / discharges the oxidant gas.

まず、図2に示すように、燃料電池セル収容容器8は、概ね円筒状の密閉容器であり、その側面には、発電用の空気を供給する酸化剤ガス流入口である酸化剤ガス導入パイプ56、及び排気ガスを排出する排ガス排出パイプ58が接続されている。さらに、燃料電池セル収容容器8の上端面からは、排気集約室18から流出した残余燃料に点火するための点火ヒーター62が突出している。   First, as shown in FIG. 2, the fuel cell storage container 8 is a substantially cylindrical hermetic container, and an oxidant gas introduction pipe serving as an oxidant gas inlet for supplying air for power generation is provided on the side surface thereof. 56 and an exhaust gas exhaust pipe 58 for exhaust gas exhaust are connected. Further, an ignition heater 62 for igniting the remaining fuel that has flowed out of the exhaust collecting chamber 18 protrudes from the upper end surface of the fuel cell storage container 8.

図2及び図3に示すように、燃料電池セル収容容器8の内部には、燃料電池セル16の周囲を取り囲むように、内側から順に、発電室構成部材である内側円筒部材64、外側円筒部材66、内側円筒容器68、外側円筒容器70が配置されている。上述した燃料ガス供給流路20、排ガス排出流路21、及び酸化剤ガス供給流路22は、これらの円筒部材及び円筒容器の間に夫々構成される流路であり、隣り合う流路の間で熱交換が行われる。
即ち、排ガス排出流路21は燃料ガス供給流路20を取り囲むように配置され、酸化剤ガス供給流路22は排ガス排出流路21を取り囲むように配置されている。また、燃料電池セル収容容器8の下端側の開放空間は、燃料を各燃料電池セル16に分散させる燃料ガス分散室76の底面を構成する概ね円形の分散室底部材72により塞がれている。
As shown in FIGS. 2 and 3, inside the fuel cell storage container 8, an inner cylindrical member 64, which is a power generation chamber constituting member, and an outer cylindrical member in order from the inside so as to surround the periphery of the fuel cell 16. 66, an inner cylindrical container 68 and an outer cylindrical container 70 are arranged. The above-described fuel gas supply flow path 20, exhaust gas discharge flow path 21, and oxidant gas supply flow path 22 are flow paths configured between these cylindrical members and cylindrical containers, respectively, and between adjacent flow paths. Heat exchange takes place at.
That is, the exhaust gas discharge passage 21 is disposed so as to surround the fuel gas supply passage 20, and the oxidant gas supply passage 22 is disposed so as to surround the exhaust gas discharge passage 21. Further, the open space on the lower end side of the fuel cell storage container 8 is closed by a substantially circular dispersion chamber bottom member 72 that constitutes the bottom surface of the fuel gas dispersion chamber 76 that disperses the fuel into each fuel cell 16. .

内側円筒部材64は、概ね円筒状の中空体であり、その上端及び下端は開放されている。また、内側円筒部材64の内壁面には、分散室形成板である円形の第1固定部材63が気密的に溶接されている。この第1固定部材63の下面と、内側円筒部材64の内壁面と、分散室底部材72の上面により、燃料ガス分散室76が画定される。また、第1固定部材63には、各々燃料電池セル16を挿通させる複数の挿通穴63aが形成されており、各燃料電池セル16は、各挿通穴63aに挿通された状態で、セラミック接着剤により第1固定部材63に接着されている。このように、本実施形態の固体酸化物型燃料電池装置1においては、燃料電池モジュール2を構成する部材間相互の接合部には、セラミック接着剤が充填され、硬化されることにより、各部材が相互に気密的に接合されている。   The inner cylindrical member 64 is a substantially cylindrical hollow body, and its upper end and lower end are open. A circular first fixing member 63 that is a dispersion chamber forming plate is airtightly welded to the inner wall surface of the inner cylindrical member 64. A fuel gas dispersion chamber 76 is defined by the lower surface of the first fixing member 63, the inner wall surface of the inner cylindrical member 64, and the upper surface of the dispersion chamber bottom member 72. The first fixing member 63 is formed with a plurality of insertion holes 63a through which the fuel battery cells 16 are inserted, and each fuel battery cell 16 is inserted into each insertion hole 63a in the ceramic adhesive. Is bonded to the first fixing member 63. As described above, in the solid oxide fuel cell device 1 of the present embodiment, each member constituting the fuel cell module 2 is filled with the ceramic adhesive in the joint portion between the members constituting the fuel cell module 2 and cured. Are hermetically joined to each other.

外側円筒部材66は、内側円筒部材64の周囲に配置される円筒状の管であり、内側円筒部材64との間に円環状の流路が形成されるように、内側円筒部材64と概ね相似形に形成されている。さらに、内側円筒部材64と外側円筒部材66の間には中間円筒部材65が配置されている。中間円筒部材65は、内側円筒部材64と外側円筒部材66の間に配置された円筒状の管であり、内側円筒部材64の外周面と中間円筒部材65の内周面の間には改質部94が構成されている。また、中間円筒部材65の外周面と、外側円筒部材66の内周面の間の円環状の空間は、燃料ガス供給流路20として機能する。このため、改質部94及び燃料ガス供給流路20は、燃料電池セル16における発熱及び排気集約室18上端における残余燃料の燃焼により熱を受ける。また、内側円筒部材64の上端部と外側円筒部材66の上端部は溶接により気密的に接合されており、燃料ガス供給流路20の上端は閉鎖されている。さらに、中間円筒部材65の下端と、内側円筒部材64の外周面は、溶接により気密的に接合されている。   The outer cylindrical member 66 is a cylindrical tube disposed around the inner cylindrical member 64, and is generally similar to the inner cylindrical member 64 so that an annular flow path is formed between the outer cylindrical member 66 and the inner cylindrical member 64. It is formed into a shape. Further, an intermediate cylindrical member 65 is disposed between the inner cylindrical member 64 and the outer cylindrical member 66. The intermediate cylindrical member 65 is a cylindrical tube disposed between the inner cylindrical member 64 and the outer cylindrical member 66, and is modified between the outer peripheral surface of the inner cylindrical member 64 and the inner peripheral surface of the intermediate cylindrical member 65. A portion 94 is configured. An annular space between the outer peripheral surface of the intermediate cylindrical member 65 and the inner peripheral surface of the outer cylindrical member 66 functions as the fuel gas supply channel 20. Therefore, the reforming unit 94 and the fuel gas supply channel 20 receive heat due to heat generation in the fuel cell 16 and combustion of residual fuel at the upper end of the exhaust collecting chamber 18. Further, the upper end portion of the inner cylindrical member 64 and the upper end portion of the outer cylindrical member 66 are hermetically joined by welding, and the upper end of the fuel gas supply channel 20 is closed. Furthermore, the lower end of the intermediate cylindrical member 65 and the outer peripheral surface of the inner cylindrical member 64 are hermetically joined by welding.

内側円筒容器68は、外側円筒部材66の周囲に配置される円形断面のカップ状の部材であり、外側円筒部材66との間にほぼ一定幅の円環状の流路が形成されるように、側面が外側円筒部材66と概ね相似形に形成されている。この内側円筒容器68は、内側円筒部材64の上端の開放部を覆うように配置される。外側円筒部材66の外周面と、内側円筒容器68の内周面の間の円環状の空間は、排ガス排出流路21(図2)として機能する。この排ガス排出流路21は、内側円筒部材64の上端部に設けられた複数の小穴64aを介して内側円筒部材64の内側の空間と連通している。また、内側円筒容器68の下部側面には、排ガス流出口である排ガス排出パイプ58が接続されており、排ガス排出流路21が排ガス排出パイプ58に連通される。   The inner cylindrical container 68 is a cup-shaped member having a circular cross section disposed around the outer cylindrical member 66, and an annular flow path having a substantially constant width is formed between the inner cylindrical container 68 and the outer cylindrical member 66. The side surface is formed in a generally similar shape to the outer cylindrical member 66. The inner cylindrical container 68 is disposed so as to cover the open portion at the upper end of the inner cylindrical member 64. An annular space between the outer peripheral surface of the outer cylindrical member 66 and the inner peripheral surface of the inner cylindrical container 68 functions as the exhaust gas discharge passage 21 (FIG. 2). The exhaust gas discharge passage 21 communicates with the space inside the inner cylindrical member 64 through a plurality of small holes 64 a provided in the upper end portion of the inner cylindrical member 64. Further, an exhaust gas discharge pipe 58 that is an exhaust gas outlet is connected to the lower side surface of the inner cylindrical container 68, and the exhaust gas discharge passage 21 is communicated with the exhaust gas discharge pipe 58.

排ガス排出流路21の下部には、燃焼触媒60及びこれを加熱するためのシースヒーター61が配置されている。
燃焼触媒60は、排ガス排出パイプ58よりも上方に、外側円筒部材66の外周面と内側円筒容器68の内周面の間の円環状の空間に充填された触媒である。排ガス排出流路21を下降した排気ガスは、燃焼触媒60を通過することにより一酸化炭素が除去され、排ガス排出パイプ58から排出される。
シースヒーター61は、燃焼触媒60の下方の、外側円筒部材66の外周面を取り囲むように取り付けられた電気ヒーターである。固体酸化物型燃料電池装置1の起動時において、シースヒーター61に通電することにより、燃焼触媒60が活性温度まで加熱される。
A combustion catalyst 60 and a sheath heater 61 for heating the combustion catalyst 60 are disposed below the exhaust gas discharge passage 21.
The combustion catalyst 60 is a catalyst filled in an annular space between the outer peripheral surface of the outer cylindrical member 66 and the inner peripheral surface of the inner cylindrical container 68 above the exhaust gas discharge pipe 58. Exhaust gas descending the exhaust gas discharge passage 21 passes through the combustion catalyst 60 to remove carbon monoxide and is discharged from the exhaust gas discharge pipe 58.
The sheath heater 61 is an electric heater attached so as to surround the outer peripheral surface of the outer cylindrical member 66 below the combustion catalyst 60. When the solid oxide fuel cell device 1 is started, the combustion catalyst 60 is heated to the activation temperature by energizing the sheath heater 61.

外側円筒容器70は、内側円筒容器68の周囲に配置される円形断面のカップ状の部材であり、内側円筒容器68との間にほぼ一定幅の円環状の流路が形成されるように、側面が内側円筒容器68と概ね相似形に形成されている。内側円筒容器68の外周面と、外側円筒容器70の内周面の間の円環状の空間は、酸化剤ガス供給流路22として機能する。
また、外側円筒容器70の下部側面には、酸化剤ガス導入パイプ56が接続されており、酸化剤ガス供給流路22が酸化剤ガス導入パイプ56に連通される。
The outer cylindrical container 70 is a cup-shaped member having a circular cross section disposed around the inner cylindrical container 68, and an annular channel having a substantially constant width is formed between the outer cylindrical container 70 and the inner cylindrical container 68. The side surface is formed in a substantially similar shape to the inner cylindrical container 68. An annular space between the outer peripheral surface of the inner cylindrical container 68 and the inner peripheral surface of the outer cylindrical container 70 functions as the oxidant gas supply channel 22.
Further, an oxidant gas introduction pipe 56 is connected to the lower side surface of the outer cylindrical container 70, and the oxidant gas supply flow path 22 communicates with the oxidant gas introduction pipe 56.

分散室底部材72は、概ね円形の皿状の部材であり、内側円筒部材64の内壁面にセラミック接着剤により気密的に固定される。これにより、第1固定部材63と分散室底部材72の間に、燃料ガス分散室76が構成される。また、分散室底部材72の中央には、バスバー80(図2)を挿通させるための挿通管72aが設けられている。各燃料電池セル16に電気的に接続されたバスバー80は、この挿通管72aを通して燃料電池セル収容容器8の外部に引き出される。また、挿通管72aには、セラミック接着剤が充填され、燃料ガス分散室78の気密性が確保されている。さらに、挿通管72aの周囲には、断熱材72b(図2)が配置されている。   The dispersion chamber bottom member 72 is a substantially circular dish-like member, and is hermetically fixed to the inner wall surface of the inner cylindrical member 64 with a ceramic adhesive. Thereby, a fuel gas dispersion chamber 76 is formed between the first fixing member 63 and the dispersion chamber bottom member 72. In addition, an insertion tube 72 a for inserting the bus bar 80 (FIG. 2) is provided at the center of the dispersion chamber bottom member 72. The bus bar 80 electrically connected to each fuel cell 16 is drawn out of the fuel cell storage container 8 through the insertion tube 72a. Further, the insertion tube 72 a is filled with a ceramic adhesive, and the airtightness of the fuel gas dispersion chamber 78 is ensured. Further, a heat insulating material 72b (FIG. 2) is disposed around the insertion tube 72a.

内側円筒容器68の天井面から垂下するように、発電用の空気を噴射するための、円形断面の酸化剤ガス噴射用パイプ74が取り付けられている。この酸化剤ガス噴射用パイプ74は、内側円筒容器68の中心軸線上を鉛直方向に延び、その周囲の同心円上に各燃料電池セル16が配置される。酸化剤ガス噴射用パイプ74の上端が内側円筒容器68の天井面に取り付けられることにより、内側円筒容器68と外側円筒容器70の間に形成されている酸化剤ガス供給流路22と酸化剤ガス噴射用パイプ74が連通される。酸化剤ガス供給流路22を介して供給された空気は、酸化剤ガス噴射用パイプ74の先端から下方に噴射され、第1固定部材63の上面に当たって、発電室10内全体に広がる。   An oxidant gas injection pipe 74 having a circular cross section for injecting air for power generation is attached so as to hang down from the ceiling surface of the inner cylindrical container 68. The oxidant gas injection pipe 74 extends in the vertical direction on the central axis of the inner cylindrical container 68, and each fuel cell 16 is disposed on a concentric circle around it. By attaching the upper end of the oxidant gas injection pipe 74 to the ceiling surface of the inner cylindrical container 68, the oxidant gas supply flow path 22 and the oxidant gas formed between the inner cylindrical container 68 and the outer cylindrical container 70 are formed. An injection pipe 74 is communicated. The air supplied through the oxidant gas supply channel 22 is injected downward from the tip of the oxidant gas injection pipe 74, hits the upper surface of the first fixing member 63, and spreads throughout the power generation chamber 10.

燃料ガス分散室76は、第1固定部材63と分散室底部材72の間に構成される円筒形の気密性のあるチャンバーであり、その上面に各燃料電池セル16が林立されている。第1固定部材63の上面に取り付けられた各燃料電池セル16は、その内側の燃料極が、燃料ガス分散室76の内部と連通されている。各燃料電池セル16の下端部は、第1固定部材63の挿通穴63aを貫通して燃料ガス分散室76の内部に突出し、各燃料電池セル16は第1固定部材63に、接着により固定されている。   The fuel gas dispersion chamber 76 is a cylindrical airtight chamber formed between the first fixing member 63 and the dispersion chamber bottom member 72, and each fuel cell 16 is forested on the upper surface thereof. Each fuel cell 16 attached to the upper surface of the first fixing member 63 has an inner fuel electrode communicating with the inside of the fuel gas dispersion chamber 76. The lower end portion of each fuel cell 16 penetrates the insertion hole 63a of the first fixing member 63 and protrudes into the fuel gas dispersion chamber 76, and each fuel cell 16 is fixed to the first fixing member 63 by adhesion. ing.

図2に示すように、内側円筒部材64には、第1固定部材63よりも下方に複数の小穴64bが設けられている。内側円筒部材64の外周と中間円筒部材65の内周の間の空間は、複数の小穴64bを介して燃料ガス分散室76内に連通されている。供給された燃料は、外側円筒部材66の内周と中間円筒部材65の外周の間の空間を一旦上昇した後、内側円筒部材64の外周と中間円筒部材65の内周の間の空間を下降し、複数の小穴64bを通って燃料ガス分散室76内に流入する。燃料ガス分散室76に流入した燃料は、燃料ガス分散室76の天井面(第1固定部材63)に取り付けられた各燃料電池セル16の燃料極に分配される。   As shown in FIG. 2, the inner cylindrical member 64 is provided with a plurality of small holes 64 b below the first fixing member 63. A space between the outer periphery of the inner cylindrical member 64 and the inner periphery of the intermediate cylindrical member 65 is communicated with the fuel gas dispersion chamber 76 through a plurality of small holes 64b. The supplied fuel once rises in the space between the inner circumference of the outer cylindrical member 66 and the outer circumference of the intermediate cylindrical member 65, and then descends in the space between the outer circumference of the inner cylindrical member 64 and the inner circumference of the intermediate cylindrical member 65. Then, it flows into the fuel gas dispersion chamber 76 through the plurality of small holes 64b. The fuel that has flowed into the fuel gas dispersion chamber 76 is distributed to the fuel electrode of each fuel cell 16 attached to the ceiling surface (first fixing member 63) of the fuel gas dispersion chamber 76.

さらに、燃料ガス分散室76内に突出している各燃料電池セル16の下端部は、燃料ガス分散室76内でバスバー80に電気的に接続され、挿通管72aを通して電力が外部に引き出される。バスバー80は、各燃料電池セル16により生成された電力を、燃料電池セル収容容器8の外部へ取り出すための細長い金属導体であり、碍子78を介して分散室底部材72の挿通管72aに固定されている。バスバー80は、燃料ガス分散室76の内部において、各燃料電池セル16に取り付けられた集電体82と電気的に接続されている。また、バスバー80は、燃料電池セル収容容器8の外部において、インバータ54(図1)に接続される。なお、集電体82は、排気集約室18内に突出している各燃料電池セル16の上端部にも取り付けられている(図4)。これら上端部及び下端部の集電体82により、複数の燃料電池セル16が電気的に並列に接続されると共に、並列に接続された複数組の燃料電池セル16が電気的に直列に接続され、この直列接続の両端が夫々バスバー80に接続される。   Further, the lower end portion of each fuel cell 16 projecting into the fuel gas dispersion chamber 76 is electrically connected to the bus bar 80 in the fuel gas dispersion chamber 76, and electric power is drawn out through the insertion tube 72a. The bus bar 80 is an elongated metal conductor for taking out the electric power generated by each fuel battery cell 16 to the outside of the fuel battery cell container 8, and is fixed to the insertion pipe 72 a of the dispersion chamber bottom member 72 via the insulator 78. Has been. The bus bar 80 is electrically connected to a current collector 82 attached to each fuel cell 16 inside the fuel gas dispersion chamber 76. The bus bar 80 is connected to the inverter 54 (FIG. 1) outside the fuel cell storage container 8. The current collector 82 is also attached to the upper end portion of each fuel cell 16 projecting into the exhaust collection chamber 18 (FIG. 4). The current collectors 82 at the upper end and the lower end connect the plurality of fuel cells 16 in parallel electrically, and connect the plurality of sets of fuel cells 16 connected in parallel electrically in series. The both ends of this series connection are connected to the bus bar 80, respectively.

次に、図4及び図5を参照して、排気集約室の構成を説明する。
図4は排気集約室の部分を拡大して示す断面図であり、図5は、図2におけるV−V断面である。
図4に示すように、排気集約室18は、各燃料電池セル16の上端部に取り付けられたドーナツ型断面のチャンバーであり、この排気集約室18の中央には、酸化剤ガス噴射用パイプ74が貫通して延びている。
Next, the configuration of the exhaust gas collecting chamber will be described with reference to FIGS. 4 and 5.
4 is an enlarged cross-sectional view showing a portion of the exhaust gas collecting chamber, and FIG. 5 is a VV cross section in FIG.
As shown in FIG. 4, the exhaust concentration chamber 18 is a donut-shaped cross-section chamber attached to the upper end of each fuel cell 16, and an oxidant gas injection pipe 74 is provided at the center of the exhaust concentration chamber 18. Extends through.

図5に示すように、内側円筒部材64の内壁面には、排気集約室18支持用の3つのステー64cが等間隔に取り付けられている。図4に示すように、各ステー64cは金属製の薄板を折り曲げた小片であり、排気集約室18を各ステー64cの上に載置することにより、排気集約室18は内側円筒部材64と同心円上に位置決めされる。これにより、排気集約室18の外周面と内側円筒部材64の内周面の間の隙間、及び排気集約室18の内周面と酸化剤ガス噴射用パイプ74の外周面との間の隙間は、全周で均一になる(図5)。   As shown in FIG. 5, three stays 64 c for supporting the exhaust collecting chamber 18 are attached to the inner wall surface of the inner cylindrical member 64 at equal intervals. As shown in FIG. 4, each stay 64 c is a small piece obtained by bending a thin metal plate. By placing the exhaust collection chamber 18 on each stay 64 c, the exhaust collection chamber 18 is concentric with the inner cylindrical member 64. Positioned above. As a result, the gap between the outer peripheral surface of the exhaust collecting chamber 18 and the inner peripheral surface of the inner cylindrical member 64 and the gap between the inner peripheral surface of the exhaust collecting chamber 18 and the outer peripheral surface of the oxidizing gas injection pipe 74 are as follows. , Uniform over the entire circumference (FIG. 5).

排気集約室18は、集約室上部材18a及び集約室下部材18bが気密的に接合されることにより構成されている。
集約室下部材18bは、上方が開放された円形皿状の部材であり、その中央には、酸化剤ガス噴射用パイプ74を貫通させるための円筒部が設けられている。
集約室上部材18aは、下方が開放された円形皿状の部材であり、その中央には、酸化剤ガス噴射用パイプ74を貫通させるための開口部が設けられている。集約室上部材18aは、集約室下部材18bの上方に開口したドーナツ型断面の領域に嵌め込まれる形状に構成されている。
The exhaust collecting chamber 18 is configured by hermetically joining the collecting chamber upper member 18a and the collecting chamber lower member 18b.
The aggregation chamber lower member 18b is a circular dish-shaped member opened upward, and a cylindrical portion for allowing the oxidant gas injection pipe 74 to pass therethrough is provided at the center thereof.
The aggregation chamber upper member 18a is a circular dish-shaped member that is open at the bottom, and an opening for allowing the oxidant gas injection pipe 74 to pass therethrough is provided at the center thereof. The aggregation chamber upper member 18a is configured to be fitted into a donut-shaped cross-sectional area opened above the aggregation chamber lower member 18b.

集約室下部材18bの周囲の壁の内周面と集約室上部材18aの外周面の間の隙間にはセラミック接着剤が充填され、硬化されており、この接合部の気密性が確保されている。
また、この接合部に充填されたセラミック接着剤により形成されたセラミック接着剤層の上には、大径シールリング19aが配置され、セラミック接着剤層を覆っている。大径シールリング19aは円環状の薄板であり、セラミック接着剤の充填後、充填されたセラミック接着剤を覆うように配置され、接着剤の硬化により排気集約室18に固定される。
The gap between the inner peripheral surface of the wall around the aggregation chamber lower member 18b and the outer peripheral surface of the aggregation chamber upper member 18a is filled with a ceramic adhesive and cured, so that the airtightness of the joint is ensured. Yes.
Further, a large-diameter seal ring 19a is disposed on the ceramic adhesive layer formed of the ceramic adhesive filled in the joint portion, and covers the ceramic adhesive layer. The large-diameter seal ring 19a is an annular thin plate, is disposed so as to cover the filled ceramic adhesive after being filled with the ceramic adhesive, and is fixed to the exhaust collecting chamber 18 by curing of the adhesive.

一方、集約室下部材18b中央の円筒部の外周面と、集約室上部材18a中央の開口部の縁の間にもセラミック接着剤が充填され、硬化されており、この接合部の気密性が確保されている。また、この接合部に充填されたセラミック接着剤により形成されたセラミック接着剤層の上には、小径シールリング19bが配置され、セラミック接着剤層を覆っている。小径シールリング19bは円環状の薄板であり、セラミック接着剤の充填後、充填されたセラミック接着剤を覆うように配置され、接着剤の硬化により排気集約室18に固定される。   On the other hand, the ceramic adhesive is also filled and hardened between the outer peripheral surface of the cylindrical portion at the center of the aggregation chamber lower member 18b and the edge of the opening at the center of the aggregation chamber upper member 18a. It is secured. Further, a small-diameter seal ring 19b is disposed on the ceramic adhesive layer formed of the ceramic adhesive filled in the joint portion, and covers the ceramic adhesive layer. The small-diameter seal ring 19b is an annular thin plate, is disposed so as to cover the filled ceramic adhesive after being filled with the ceramic adhesive, and is fixed to the exhaust collecting chamber 18 by curing of the adhesive.

集約室下部材18bの底面には複数の円形の挿通穴18cが設けられている。各挿通穴18cには燃料電池セル16の上端部が夫々挿通され、各燃料電池セル16は各挿通穴18cを貫通して延びている。各燃料電池セル16が貫通している集約室下部材18bの底面上にはセラミック接着剤が流し込まれ、これが硬化されることにより、各燃料電池セル16の外周と各挿通穴18cの間の隙間が気密的に充填されると共に、各燃料電池セル16が集約室下部材18bに固定されている。   A plurality of circular insertion holes 18c are provided on the bottom surface of the aggregation chamber lower member 18b. The upper end portions of the fuel cells 16 are respectively inserted into the insertion holes 18c, and the fuel cells 16 extend through the insertion holes 18c. A ceramic adhesive is poured onto the bottom surface of the aggregation chamber lower member 18b through which each fuel cell 16 penetrates, and is cured, whereby a gap between the outer periphery of each fuel cell 16 and each insertion hole 18c. Are hermetically filled, and each fuel cell 16 is fixed to the aggregation chamber lower member 18b.

さらに、集約室下部材18bの底面上に流し込まれたセラミック接着剤の上には、円形薄板状のカバー部材19cが配置され、セラミック接着剤の硬化により集約室下部材18bに固定されている。カバー部材19cには、集約室下部材18bの各挿通穴18cと同様の位置に複数の挿通穴が設けられており、各燃料電池セル16の上端部はセラミック接着剤の層及びカバー部材19cを貫通して延びている。   Further, a circular thin plate-like cover member 19c is disposed on the ceramic adhesive poured on the bottom surface of the aggregation chamber lower member 18b, and is fixed to the aggregation chamber lower member 18b by hardening of the ceramic adhesive. The cover member 19c is provided with a plurality of insertion holes at positions similar to the insertion holes 18c of the aggregation chamber lower member 18b, and the upper end portion of each fuel cell 16 has a ceramic adhesive layer and the cover member 19c. It extends through.

一方、排気集約室18の天井面には、集約された燃料ガスを噴出させるための複数の噴出口18dが設けられている(図5)。各噴出口18dは、集約室上部材18aに、円周上に配置されている。発電に使用されずに残った燃料は、各燃料電池セル16の上端から排気集約室18内に流出し、排気集約室18内で集約された燃料は各噴出口18dから流出し、そこで燃焼される。   On the other hand, a plurality of jet outlets 18d for jetting the collected fuel gas are provided on the ceiling surface of the exhaust collecting chamber 18 (FIG. 5). Each ejection port 18d is arranged on the circumference of the aggregation chamber upper member 18a. The remaining fuel that is not used for power generation flows into the exhaust collecting chamber 18 from the upper end of each fuel battery cell 16, and the fuel collected in the exhaust collecting chamber 18 flows out from each jet outlet 18d, where it is burned. The

次に、図2を参照して、燃料供給源30から供給される原燃料ガスを改質するための構成について説明する。
まず、内側円筒部材64と外側円筒部材66の間の空間で構成されている燃料ガス供給流路20の下部には、水蒸気改質用の水を蒸発させるための蒸発部86が設けられている。蒸発部86は、外側円筒部材66の下部内周に取り付けられたリング状の傾斜板86a及び水供給パイプ88から構成されている。また、蒸発部86は、発電用の空気を導入するための酸化剤ガス導入パイプ56よりも下方で、排気ガスを排出する排ガス排出パイプ58よりも上方に配置されている。傾斜板86aは、リング状に形成された金属の薄板であり、その外周縁が外側円筒部材66の内壁面に取り付けられる。一方、傾斜板86aの内周縁は外周縁よりも上方に位置し、傾斜板86aの内周縁と、内側円筒部材64の外壁面との間には隙間が設けられている。
Next, a configuration for reforming the raw fuel gas supplied from the fuel supply source 30 will be described with reference to FIG.
First, an evaporating portion 86 for evaporating water for steam reforming is provided in the lower portion of the fuel gas supply flow path 20 configured by a space between the inner cylindrical member 64 and the outer cylindrical member 66. . The evaporation unit 86 includes a ring-shaped inclined plate 86 a attached to the lower inner periphery of the outer cylindrical member 66 and a water supply pipe 88. The evaporator 86 is disposed below the oxidant gas introduction pipe 56 for introducing power generation air and above the exhaust gas discharge pipe 58 that discharges exhaust gas. The inclined plate 86 a is a metal thin plate formed in a ring shape, and its outer peripheral edge is attached to the inner wall surface of the outer cylindrical member 66. On the other hand, the inner peripheral edge of the inclined plate 86 a is positioned above the outer peripheral edge, and a gap is provided between the inner peripheral edge of the inclined plate 86 a and the outer wall surface of the inner cylindrical member 64.

水供給パイプ88は内側円筒部材64の下端から燃料ガス供給流路20内に鉛直方向に延びるパイプであり、水流量調整ユニット28から供給された水蒸気改質用の水が、水供給パイプ88を介して蒸発部86に供給される。水供給パイプ88の上端は、傾斜板86aを貫通して傾斜板86aの上面側まで延び、傾斜板86aの上面側に供給された水は、傾斜板86aの上面と外側円筒部材66の内壁面の間に留まる。傾斜板86aの上面側に供給された水は、そこで蒸発され水蒸気が生成される。   The water supply pipe 88 is a pipe that extends in the vertical direction from the lower end of the inner cylindrical member 64 into the fuel gas supply flow path 20, and the water for steam reforming supplied from the water flow rate adjustment unit 28 passes through the water supply pipe 88. To the evaporation unit 86. The upper end of the water supply pipe 88 passes through the inclined plate 86a and extends to the upper surface side of the inclined plate 86a, and the water supplied to the upper surface side of the inclined plate 86a is the upper surface of the inclined plate 86a and the inner wall surface of the outer cylindrical member 66. Stay between. The water supplied to the upper surface side of the inclined plate 86a is evaporated there to generate water vapor.

また、蒸発部86の下方には、原燃料ガスを燃料ガス供給流路20内に導入するための燃料ガス導入部が設けられている。燃料ブロア38から送られた原燃料ガスは、燃料ガス供給パイプ90を介して燃料ガス供給流路20に導入される。燃料ガス供給パイプ90は内側円筒部材64の下端から燃料ガス供給流路20内に鉛直方向に延びるパイプである。
また、燃料ガス供給パイプ90の上端は、傾斜板86aよりも下方に位置している。燃料ブロア38から送られた原燃料ガスは、傾斜板86aの下側に導入され、傾斜板86aの傾斜により流路を絞られながら傾斜板86aの上側へ上昇する。傾斜板86aの上側へ上昇した原燃料ガスは、蒸発部86で生成された水蒸気と共に上昇する。
A fuel gas introduction part for introducing the raw fuel gas into the fuel gas supply channel 20 is provided below the evaporation part 86. The raw fuel gas sent from the fuel blower 38 is introduced into the fuel gas supply channel 20 via the fuel gas supply pipe 90. The fuel gas supply pipe 90 is a pipe extending vertically from the lower end of the inner cylindrical member 64 into the fuel gas supply flow path 20.
Further, the upper end of the fuel gas supply pipe 90 is positioned below the inclined plate 86a. The raw fuel gas sent from the fuel blower 38 is introduced to the lower side of the inclined plate 86a and rises to the upper side of the inclined plate 86a while the flow path is restricted by the inclination of the inclined plate 86a. The raw fuel gas that has risen to the upper side of the inclined plate 86 a rises together with the water vapor generated in the evaporation section 86.

燃料ガス供給流路20内の蒸発部86上方には、燃料ガス供給流路隔壁92が設けられている。燃料ガス供給流路隔壁92は、外側円筒部材66の内周と中間円筒部材65の外周の間の円環状の空間を上下に隔てるように設けられた円環状の金属板である。この燃料ガス供給流路隔壁92の円周上には等間隔に複数の噴射口92aが設けられており、これらの噴射口92aにより燃料ガス供給流路隔壁92の上側の空間と下側の空間が連通されている。燃料ガス供給パイプ90から導入された原燃料ガス及び蒸発部86で生成された水蒸気は、一旦、燃料ガス供給流路隔壁92の下側の空間に滞留した後、各噴射口92aを通って燃料ガス供給流路隔壁92の上側の空間に噴射される。各噴射口92aから燃料ガス供給流路隔壁92の上側の広い空間に噴射されると、原燃料ガス及び水蒸気は急激に減速され、ここで十分に混合される。   A fuel gas supply channel partition wall 92 is provided above the evaporation portion 86 in the fuel gas supply channel 20. The fuel gas supply channel partition wall 92 is an annular metal plate provided so as to vertically separate an annular space between the inner periphery of the outer cylindrical member 66 and the outer periphery of the intermediate cylindrical member 65. A plurality of injection ports 92a are provided at equal intervals on the circumference of the fuel gas supply channel partition wall 92, and the upper space and the lower space of the fuel gas supply channel partition wall 92 are formed by these injection ports 92a. Is communicated. The raw fuel gas introduced from the fuel gas supply pipe 90 and the water vapor generated in the evaporation portion 86 once stay in the space below the fuel gas supply flow path partition wall 92 and then pass through each injection port 92a to become fuel. It is injected into the space above the gas supply channel partition wall 92. When injected from each injection port 92a into a wide space above the fuel gas supply flow path partition wall 92, the raw fuel gas and water vapor are rapidly decelerated and mixed sufficiently here.

さらに、中間円筒部材65の内周と内側円筒部材64の外周の間の、円環状の空間の上部には、改質部94が設けられている。改質部94は、各燃料電池セル16の上部と、その上方の排気集約室18の周囲を取り囲むように配置されている。改質部94は、内側円筒部材64の外壁面に取り付けられた触媒保持板(図示せず)と、これにより保持された改質触媒96によって構成されている。   Further, a reforming portion 94 is provided in the upper part of the annular space between the inner periphery of the intermediate cylindrical member 65 and the outer periphery of the inner cylindrical member 64. The reforming part 94 is arranged so as to surround the upper part of each fuel battery cell 16 and the periphery of the exhaust collecting chamber 18 above it. The reforming unit 94 includes a catalyst holding plate (not shown) attached to the outer wall surface of the inner cylindrical member 64 and a reforming catalyst 96 held thereby.

このように、改質部94内に充填された改質触媒96に、燃料ガス供給流路隔壁92の上側の空間で混合された原燃料ガス及び水蒸気が接触すると、改質部94内においては、式(1)に示す水蒸気改質反応SRが進行する。
mn+xH2O → aCO2+bCO+cH2 (1)
As described above, when the raw fuel gas and water vapor mixed in the space above the fuel gas supply passage partition wall 92 come into contact with the reforming catalyst 96 filled in the reforming unit 94, The steam reforming reaction SR shown in the formula (1) proceeds.
C m H n + xH 2 O → aCO 2 + bCO + cH 2 (1)

改質部94において改質された燃料ガスは、中間円筒部材65の内周と内側円筒部材64の外周の間の空間を下方に流れ、燃料ガス分散室76に流入して、各燃料電池セル16に供給される。水蒸気改質反応SRは吸熱反応であるが、反応に要する熱は、排気集約室18から流出するオフガスの燃焼熱、及び各燃料電池セル16において発生する発熱により供給される。   The fuel gas reformed in the reforming section 94 flows downward in the space between the inner periphery of the intermediate cylindrical member 65 and the outer periphery of the inner cylindrical member 64, flows into the fuel gas dispersion chamber 76, and each fuel cell. 16 is supplied. Although the steam reforming reaction SR is an endothermic reaction, the heat required for the reaction is supplied by the combustion heat of the offgas flowing out from the exhaust collecting chamber 18 and the heat generated in each fuel cell 16.

次に、図6を参照して、燃料電池セル16について説明する。
本発明の実施形態による固体酸化物型燃料電池装置1においては、燃料電池セル16として、固体酸化物を用いた円筒横縞型セルが採用されている。各燃料電池セル16上には、複数の単セル16aが横縞状に形成されており、これらが電気的に直列に接続されることにより1本の燃料電池セル16が構成されている。各燃料電池セル16は、その一端がアノード(陽極)、他端がカソード(陰極)となるように構成され、複数の燃料電池セル16のうちの半数は上端がアノード、下端がカソードとなるように配置され、残りの半数は上端がカソード、下端がアノードとなるように配置されている。
Next, the fuel battery cell 16 will be described with reference to FIG.
In the solid oxide fuel cell device 1 according to the embodiment of the present invention, a cylindrical horizontal stripe cell using a solid oxide is adopted as the fuel cell 16. On each fuel cell 16, a plurality of single cells 16a are formed in a horizontal stripe shape, and one fuel cell 16 is configured by electrically connecting them in series. Each fuel cell 16 is configured such that one end thereof is an anode (anode) and the other end is a cathode (cathode), and half of the plurality of fuel cells 16 has an upper end as an anode and a lower end as a cathode. The other half are arranged so that the upper end is a cathode and the lower end is an anode.

図6(a)は、下端がカソードにされている燃料電池セル16の下端部を拡大して示す断面図であり、図6(b)は、下端がアノードにされている燃料電池セル16の下端部を拡大して示す断面図である。   FIG. 6A is an enlarged cross-sectional view showing a lower end portion of the fuel battery cell 16 whose lower end is a cathode, and FIG. 6B is a cross-sectional view of the fuel battery cell 16 whose lower end is an anode. It is sectional drawing which expands and shows a lower end part.

図6に示すように、燃料電池セル16は、細長い円筒状の多孔質支持体97と、この多孔質支持体97の外側に横縞状に形成された複数の層から形成されている。多孔質支持体97の周囲には、内側から順に、燃料極層98、反応抑制層99、固体電解質層100、空気極層101が夫々横縞状に形成されている。このため、燃料ガス分散室76を介して供給された燃料ガスは、各燃料電池セル16の多孔質支持体97の内部を流れ、酸化剤ガス噴射用パイプ74から噴射された空気は、空気極層101の外側を流れる。燃料電池セル16上に形成された各単セル16aは、一組の燃料極層98、反応抑制層99、固体電解質層100、及び空気極層101から構成されている。1つの単セル16aの燃料極層98は、インターコネクタ層102を介して、隣接する単セル16aの空気極層101に電気的に接続されている。これにより、1本の燃料電池セル16上に形成された複数の単セル16aが、電気的に直列に接続される。   As shown in FIG. 6, the fuel cell 16 is formed of an elongated cylindrical porous support body 97 and a plurality of layers formed in a horizontal stripe pattern on the outside of the porous support body 97. Around the porous support 97, a fuel electrode layer 98, a reaction suppression layer 99, a solid electrolyte layer 100, and an air electrode layer 101 are formed in a horizontal stripe shape in order from the inside. For this reason, the fuel gas supplied through the fuel gas dispersion chamber 76 flows inside the porous support body 97 of each fuel battery cell 16, and the air injected from the oxidant gas injection pipe 74 is the air electrode. It flows outside the layer 101. Each single cell 16 a formed on the fuel cell 16 is composed of a set of fuel electrode layer 98, reaction suppression layer 99, solid electrolyte layer 100, and air electrode layer 101. The fuel electrode layer 98 of one single cell 16 a is electrically connected to the air electrode layer 101 of the adjacent single cell 16 a via the interconnector layer 102. Thereby, the several single cell 16a formed on the one fuel cell 16 is electrically connected in series.

図6(a)に示すように、燃料電池セル16のカソード側端部には、多孔質支持体97の外周に電極層103aが形成され、この電極層103aの外側にリード膜層104aが形成されている。カソード側端部においては、端部に位置する単セル16aの空気極層101と電極層103aが、インターコネクタ層102により電気的に接続されている。これらの電極層103a及びリード膜層104aは、燃料電池セル16端部において第1固定部材63を貫通し、第1固定部材63よりも下方に突出するように形成されている。電極層103aは、リード膜層104aよりも下方まで形成されており、外部に露出された電極層103aに集電体82が電気的に接続されている。これにより、端部に位置する単セル16aの空気極層101がインターコネクタ層102、電極層103aを介して集電体82に接続され、図中の矢印のように電流が流れる。また、第1固定部材63の挿通穴63aの縁とリード膜層104aの間の隙間には、セラミック接着剤が充填されており、燃料電池セル16は、リード膜層104aの外周で第1固定部材63に固定される。   As shown in FIG. 6A, an electrode layer 103a is formed on the outer periphery of the porous support 97 at the cathode side end of the fuel battery cell 16, and a lead film layer 104a is formed outside the electrode layer 103a. Has been. At the cathode side end, the air electrode layer 101 and the electrode layer 103a of the single cell 16a located at the end are electrically connected by the interconnector layer 102. The electrode layer 103 a and the lead film layer 104 a are formed so as to penetrate the first fixing member 63 at the end portion of the fuel cell 16 and protrude downward from the first fixing member 63. The electrode layer 103a is formed below the lead film layer 104a, and the current collector 82 is electrically connected to the electrode layer 103a exposed to the outside. As a result, the air electrode layer 101 of the single cell 16a located at the end is connected to the current collector 82 via the interconnector layer 102 and the electrode layer 103a, and current flows as shown by the arrows in the figure. Further, a gap between the edge of the insertion hole 63a of the first fixing member 63 and the lead film layer 104a is filled with a ceramic adhesive, and the fuel cell 16 is fixed first on the outer periphery of the lead film layer 104a. It is fixed to the member 63.

図6(b)に示すように、燃料電池セル16のアノード側端部においては、端部に位置する単セル16aの燃料極層98が延長されており、燃料極層98の延長部が電極層103bとして機能する。電極層103bの外側にはリード膜層104bが形成されている。
これらの電極層103b及びリード膜層104bは、燃料電池セル16端部において第1固定部材63を貫通し、第1固定部材63よりも下方に突出するように形成されている。
電極層103bは、リード膜層104bよりも下方まで形成されており、外部に露出された電極層103bに集電体82が電気的に接続されている。これにより、端部に位置する単セル16aの燃料極層98が、一体的に形成された電極層103bを介して集電体82に接続され、図中の矢印のように電流が流れる。また、第1固定部材63の挿通穴63aの縁とリード膜層104bの間の隙間には、セラミック接着剤が充填されており、燃料電池セル16は、リード膜層104bの外周で第1固定部材63に固定される。
As shown in FIG. 6B, at the anode side end of the fuel battery cell 16, the fuel electrode layer 98 of the single cell 16a located at the end is extended, and the extension of the fuel electrode layer 98 is the electrode. It functions as the layer 103b. A lead film layer 104b is formed outside the electrode layer 103b.
The electrode layer 103 b and the lead film layer 104 b are formed so as to penetrate the first fixing member 63 at the end portion of the fuel cell 16 and protrude downward from the first fixing member 63.
The electrode layer 103b is formed below the lead film layer 104b, and the current collector 82 is electrically connected to the electrode layer 103b exposed to the outside. As a result, the fuel electrode layer 98 of the single cell 16a located at the end is connected to the current collector 82 via the electrode layer 103b formed integrally, and a current flows as shown by an arrow in the figure. Further, a gap between the edge of the insertion hole 63a of the first fixing member 63 and the lead film layer 104b is filled with a ceramic adhesive, and the fuel cell 16 is fixed on the outer periphery of the lead film layer 104b. It is fixed to the member 63.

図6(a)(b)においては、各燃料電池セル16の下端部の構成を説明したが、各燃料電池セル16の上端部における構成も同様である。なお、上端部においては、各燃料電池セル16は、排気集約室18の集約室下部材18bに固定されているが、固定部分の構成は下端部における第1固定部材63に対する固定と同様である。   6A and 6B, the configuration of the lower end portion of each fuel cell 16 has been described, but the configuration of the upper end portion of each fuel cell 16 is also the same. In the upper end portion, each fuel cell 16 is fixed to the aggregation chamber lower member 18b of the exhaust aggregation chamber 18, but the configuration of the fixed portion is the same as the fixing to the first fixing member 63 in the lower end portion. .

次に、多孔質支持体97及び各層の構成を説明する。
多孔質支持体97は、本実施形態においては、フォルステライト粉末、及びバインダーの混合物を押し出し成形し、焼結することにより形成されている。
燃料極層98は、本実施形態においては、NiO粉末及び10YSZ(10mol%Y23−90mol%ZrO2)粉末の混合物により構成された導電性の薄膜である。
Next, the structure of the porous support body 97 and each layer is demonstrated.
In the present embodiment, the porous support body 97 is formed by extruding and sintering a mixture of forsterite powder and a binder.
In this embodiment, the fuel electrode layer 98 is a conductive thin film composed of a mixture of NiO powder and 10YSZ (10 mol% Y 2 O 3 -90 mol% ZrO 2 ) powder.

反応抑制層99は、本実施形態においては、セリウム系複合酸化物(LDC40。すなわち、40mol%のLa23−60mol%のCeO2)等により構成された薄膜であり、これにより、燃料極層98と固体電解質層100の間の化学反応を抑制している。
固体電解質層100は、本実施形態においては、La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.23の組成のLSGM粉末により構成された薄膜である。この固体電解質層100を介して酸化物イオンと水素又は一酸化炭素が反応することにより電気エネルギーが生成される。
In the present embodiment, the reaction suppression layer 99 is a thin film composed of a cerium-based composite oxide (LDC 40, that is, 40 mol% La 2 O 3 -60 mol% CeO 2 ). The chemical reaction between the layer 98 and the solid electrolyte layer 100 is suppressed.
In the present embodiment, the solid electrolyte layer 100 is a thin film made of LSGM powder having a composition of La 0.9 Sr 0.1 Ga 0.8 Mg 0.2 O 3 . Electric energy is generated by the reaction between oxide ions and hydrogen or carbon monoxide through the solid electrolyte layer 100.

空気極層101は、本実施形態においては、La0.6Sr0.4Co0.8Fe0.23の組成の粉末により構成された導電性の薄膜である。
インターコネクタ層102は、本実施形態においては、SLT(ランタンドープストロンチウムチタネート)により構成された導電性の薄膜である。燃料電池セル16上の隣接する単セル16aはインターコネクタ層102を介して接続される。
電極層103a、103bは、本実施形態においては、燃料極層98と同一の材料で形成されている。
リード膜層104a、104bは、本実施形態においては、固体電解質層100と同一の材料で形成されている。
In this embodiment, the air electrode layer 101 is a conductive thin film made of powder having a composition of La 0.6 Sr 0.4 Co 0.8 Fe 0.2 O 3 .
In this embodiment, the interconnector layer 102 is a conductive thin film made of SLT (lanthanum-doped strontium titanate). Adjacent single cells 16 a on the fuel cell 16 are connected via the interconnector layer 102.
The electrode layers 103a and 103b are formed of the same material as the fuel electrode layer 98 in the present embodiment.
In this embodiment, the lead film layers 104a and 104b are made of the same material as that of the solid electrolyte layer 100.

なお、リード膜層104a、104bは、固体電解質層100と同じ緻密な層であり、セラミック接着剤と接着されることにより、気密性を確保することができる。
また、本実施形態では、電極層103a、103bが燃料極層98と同一の多孔質材料で形成されているが、これに限らず、電極層103a、103bが、反応抑制層99や空気極層101と同一の多孔質材料を含む他の電気導電性の多孔質材料で形成されていてもよい。例えば、燃料電池セル16の端部に最も近い位置に形成された単セル16aの空気極層101を更に端部方向に延長し、その延長した部分を電極層としてもよい。
Note that the lead film layers 104a and 104b are the same dense layers as the solid electrolyte layer 100, and can be hermetically sealed by being bonded to a ceramic adhesive.
In the present embodiment, the electrode layers 103a and 103b are formed of the same porous material as that of the fuel electrode layer 98. However, the electrode layers 103a and 103b are not limited to this, and the reaction suppression layer 99 or the air electrode layer. It may be formed of another electrically conductive porous material including the same porous material as that of 101. For example, the air electrode layer 101 of the single cell 16a formed at a position closest to the end of the fuel cell 16 may be further extended in the end direction, and the extended portion may be used as an electrode layer.

次に、図7を参照して、集電体について説明する。
図7は、集電体82を上から見た図である。図7(a),図7(b)はそれぞれ燃料電池セル16の上端部,下端部に取り付けられる集電体82A,82Bを示している。図7(c)は、集電体82A,82Bに形成された取付孔84の拡大図である。
Next, the current collector will be described with reference to FIG.
FIG. 7 is a view of the current collector 82 as viewed from above. FIGS. 7A and 7B show current collectors 82A and 82B attached to the upper end and lower end of the fuel cell 16, respectively. FIG. 7C is an enlarged view of the attachment hole 84 formed in the current collectors 82A and 82B.

集電体82は、弾性及び導電性を有する薄い板材を機械加工することにより形成されている。本実施形態では、ニッケルの板材を用いて形成されている。
集電体82Aは、2つの略半円形の集電板83a,83bからなる。集電体82Aは、これら集電板83a,83bが隣接して配置されることにより、略円形の外形を有すると共に、中央部分に酸化剤ガス噴射用パイプ74を挿入するための円形の開口が形成される。
The current collector 82 is formed by machining a thin plate material having elasticity and conductivity. In this embodiment, it is formed using a nickel plate.
The current collector 82A includes two substantially semicircular current collector plates 83a and 83b. The current collector 82A has a substantially circular outer shape by arranging these current collector plates 83a and 83b adjacent to each other, and a circular opening for inserting the oxidant gas injection pipe 74 in the central portion. It is formed.

集電体82Bは、1つの略半円形の集電板83cと2つの略四分円形の集電板83d,83eからなる。集電体82Bは、これら集電板83c−83eが隣接して配置されることにより、略円形の外形を有すると共に、中央部分に円形の開口が形成される。集電板83d,83eには、バスバー80を接続するための接続部83f,83gが設けられている。   The current collector 82B includes one substantially semicircular current collector plate 83c and two substantially quadrant current collector plates 83d and 83e. The current collector 82B has a substantially circular outer shape by arranging these current collector plates 83c to 83e adjacent to each other, and a circular opening is formed in the central portion. The current collector plates 83d and 83e are provided with connection portions 83f and 83g for connecting the bus bar 80.

本実施形態では、複数(この例では76本)の燃料電池セル16が、19本毎の4つのグループに分割されている。そして、図2に示すように燃料電池セル16の上端部及び下端部に集電体82が接続されると、集電体82を介して、各グループの燃料電池セル16が並列接続され、さらに4つのグループが直列接続される。即ち、例えば、一方のバスバー80に接続された集電板83dがアノード(陽極)であるとすると、集電板83dに接続された第1グループの燃料電池セル16を介して、集電板83aの下側半分がカソード(陰極),上側半分がアノードとなり、さらに第2グループの燃料電池セル16を介して、集電板83cの左側半分がカソードとなる。同様に、集電板83cの右側半分がアノードとなり、第3グループの燃料電池セル16を介して、集電板83bの上側半分がカソード,下側半分がアノードとなり、最後に第4グループの燃料電池セル16を介して、他方のバスバー80に接続された集電板83eがカソードとなる。   In the present embodiment, a plurality (76 in this example) of fuel cells 16 are divided into four groups of 19 cells. Then, as shown in FIG. 2, when the current collector 82 is connected to the upper end portion and the lower end portion of the fuel battery cell 16, the fuel battery cells 16 of each group are connected in parallel via the current collector 82. Four groups are connected in series. That is, for example, if the current collector plate 83d connected to one bus bar 80 is an anode (anode), the current collector plate 83a is connected via the first group of fuel cells 16 connected to the current collector plate 83d. The lower half is the cathode (cathode), the upper half is the anode, and the left half of the current collector plate 83c is the cathode via the second group of fuel cells 16. Similarly, the right half of the current collector plate 83c serves as an anode, the upper half of the current collector plate 83b serves as a cathode and the lower half serves as an anode via the third group of fuel cells 16, and finally the fourth group of fuel. A current collecting plate 83e connected to the other bus bar 80 via the battery cell 16 serves as a cathode.

図7(c)に示すように、各集電板の取付孔84は、機械加工による放射状の切込みにより形成されている。1つの取付孔84は、6本の切込み線により形成されている。切込み線の両端をつなぐ仮想線84bは、燃料電池セル16の外形寸法(仮想線84c)よりも大きな円形を形成する。この切込み線により、この仮想線84b(即ち、取付孔84の内周縁)から、円の中心方向(径方向内側)へ延出するように12個の弾性片84aが形成されている。   As shown in FIG.7 (c), the attachment hole 84 of each current collecting plate is formed by radial cutting by machining. One mounting hole 84 is formed by six cut lines. An imaginary line 84b connecting both ends of the cut line forms a circle larger than the outer dimension (imaginary line 84c) of the fuel cell 16. Twelve elastic pieces 84a are formed by the cut lines so as to extend from the virtual line 84b (that is, the inner peripheral edge of the mounting hole 84) in the center direction of the circle (inward in the radial direction).

各弾性片84aは、先端に向かうにつれて先細りとなる略扇形の形状であり、基端部(仮想線84b)に対して先端部が弾性的に撓むことが可能である。従って、取付孔84に燃料電池セル16が挿入されるとき、弾性片84aの先端部は燃料電池セル16の外周面と当接して外周面に沿って撓み、弾性片84aは燃料電池セル16に弾性的に係合する。そして、集電板に対して燃料電池セル16が所定位置まで挿入されると、集電板は、弾性片84aの弾性力によって燃料電池セル16に保持される。   Each elastic piece 84a has a substantially sector shape that tapers toward the tip, and the tip can be elastically bent with respect to the base end (virtual line 84b). Therefore, when the fuel cell 16 is inserted into the mounting hole 84, the tip of the elastic piece 84 a comes into contact with the outer peripheral surface of the fuel cell 16 and bends along the outer peripheral surface. Engage elastically. When the fuel cell 16 is inserted to a predetermined position with respect to the current collector plate, the current collector plate is held by the fuel cell 16 by the elastic force of the elastic piece 84a.

次に、図1及び図2を参照して、固体酸化物型燃料電池装置1の作用を説明する。
まず、固体酸化物型燃料電池装置1の起動工程において、燃料ブロア38が起動され、燃料の供給が開始されると共に、シースヒーター61への通電が開始される。シースヒーター61への通電が開始されることにより、その上方に配置された燃焼触媒60が加熱されると共に、内側に配置された蒸発部86も加熱される。燃料ブロア38により供給された燃料は、脱硫器36、熱交換器34、電磁弁35を介して、燃料ガス供給パイプ90から燃料電池セル収容容器8の内部に流入する。流入した燃料は、燃料ガス供給流路20内を上端まで上昇した後、改質部94内を下降し、内側円筒部材64の下部に設けられた小穴64bを通って燃料ガス分散室76に流入する。なお、固体酸化物型燃料電池装置1の起動直後においては、改質部94内の改質触媒96の温度が十分に上昇していないため、燃料の改質は行われない。
Next, with reference to FIG.1 and FIG.2, the effect | action of the solid oxide fuel cell apparatus 1 is demonstrated.
First, in the starting process of the solid oxide fuel cell device 1, the fuel blower 38 is started, fuel supply is started, and energization to the sheath heater 61 is started. When energization of the sheath heater 61 is started, the combustion catalyst 60 disposed above the sheath heater 61 is heated, and the evaporator 86 disposed inside is also heated. The fuel supplied by the fuel blower 38 flows from the fuel gas supply pipe 90 into the fuel cell storage container 8 through the desulfurizer 36, the heat exchanger 34, and the electromagnetic valve 35. The inflowed fuel rises to the upper end in the fuel gas supply flow path 20, then descends in the reforming portion 94, and flows into the fuel gas dispersion chamber 76 through the small hole 64 b provided in the lower part of the inner cylindrical member 64. To do. Immediately after the solid oxide fuel cell device 1 is started, the temperature of the reforming catalyst 96 in the reforming unit 94 has not risen sufficiently, so that fuel reforming is not performed.

燃料ガス分散室76に流入した燃料ガスは、燃料ガス分散室76の第1固定部材63に取り付けられた各燃料電池セル16の内側(燃料極側)を通って排気集約室18に流入する。なお、固体酸化物型燃料電池装置1の起動直後においては、各燃料電池セル16の温度が十分に上昇しておらず、また、インバータ54への電力の取り出しも行われていないため、発電反応は発生しない。   The fuel gas that has flowed into the fuel gas dispersion chamber 76 flows into the exhaust collection chamber 18 through the inside (fuel electrode side) of each fuel cell 16 attached to the first fixing member 63 of the fuel gas dispersion chamber 76. Immediately after the start of the solid oxide fuel cell device 1, the temperature of each fuel cell 16 has not risen sufficiently, and power is not taken out to the inverter 54. Does not occur.

排気集約室18に流入した燃料は、排気集約室18の噴出口18dから噴出される。噴出口18dから噴出された燃料は、点火ヒーター62により点火され、そこで燃焼される。この燃焼により、排気集約室18の周囲に配置された改質部94が加熱される。また、燃焼により生成された排気ガスは、内側円筒部材64の上部に設けられた小穴64aを通って排ガス排出流路21に流入する。高温の排気ガスは、排ガス排出流路21内を下降し、その内側に設けられた燃料ガス供給流路20を流れる燃料、外側に設けられた酸化剤ガス供給流路22内を流れる発電用の空気を加熱する。さらに、排気ガスは、排ガス排出流路21内に配置された燃焼触媒60を通ることにより一酸化炭素が除去され、排ガス排出パイプ58を通って燃料電池セル収容容器8から排出される。   The fuel that has flowed into the exhaust aggregation chamber 18 is ejected from the ejection port 18 d of the exhaust aggregation chamber 18. The fuel ejected from the ejection port 18d is ignited by the ignition heater 62 and burned there. Due to this combustion, the reforming section 94 disposed around the exhaust aggregation chamber 18 is heated. Further, the exhaust gas generated by the combustion flows into the exhaust gas discharge passage 21 through the small hole 64 a provided in the upper part of the inner cylindrical member 64. The high-temperature exhaust gas descends in the exhaust gas discharge passage 21 and is used for power generation that flows in the fuel gas supply passage 20 provided on the inside and the oxidant gas supply passage 22 provided on the outside. Heat the air. Further, the exhaust gas passes through the combustion catalyst 60 disposed in the exhaust gas discharge passage 21 to remove carbon monoxide and is discharged from the fuel cell storage container 8 through the exhaust gas discharge pipe 58.

排気ガス及びシースヒーター61により蒸発部86が加熱されると、蒸発部86に供給された水蒸気改質用の水が蒸発され、水蒸気が生成される。水蒸気改質用の水は、水流量調整ユニット28により、水供給パイプ88を介して燃料電池セル収容容器8内の蒸発部86に供給される。蒸発部86で生成された水蒸気と、燃料ガス供給パイプ90を介して供給された燃料は、一旦、燃料ガス供給流路20内の燃料ガス供給流路隔壁92の下側の空間に滞留し、燃料ガス供給流路隔壁92に設けられた複数の噴射口92aから噴射される。噴射口92aから勢いよく噴射された燃料及び水蒸気は、燃料ガス供給流路隔壁92の上側の空間内で減速されることにより、十分に混合される。   When the evaporation section 86 is heated by the exhaust gas and the sheath heater 61, the water for steam reforming supplied to the evaporation section 86 is evaporated and steam is generated. The water for steam reforming is supplied by the water flow rate adjusting unit 28 to the evaporation unit 86 in the fuel cell storage container 8 through the water supply pipe 88. The water vapor generated in the evaporation unit 86 and the fuel supplied via the fuel gas supply pipe 90 are temporarily retained in the space below the fuel gas supply flow path partition wall 92 in the fuel gas supply flow path 20. The fuel gas is supplied from a plurality of injection ports 92 a provided in the fuel gas supply channel partition wall 92. The fuel and water vapor that are vigorously injected from the injection port 92 a are sufficiently mixed by being decelerated in the space above the fuel gas supply flow path partition wall 92.

混合された燃料及び水蒸気は、燃料ガス供給流路20内を上昇し、改質部94に流入する。改質部94の改質触媒96が改質可能な温度まで上昇している状態においては、燃料及び水蒸気の混合気が改質部94を通過する際、水蒸気改質反応が発生し、混合気が水素を多く含む燃料に改質される。改質された燃料は、小穴64bを通って燃料ガス分散室76に流入する。小穴64bは燃料ガス分散室76の周囲に多数設けられ、燃料ガス分散室76として十分な容積が確保されているため、改質された燃料は、燃料ガス分散室76内に突出している各燃料電池セル16に均等に流入する。   The mixed fuel and water vapor rise in the fuel gas supply channel 20 and flow into the reforming unit 94. In a state where the reforming catalyst 96 of the reforming unit 94 has risen to a temperature at which reforming can be performed, when the fuel / steam mixture passes through the reforming unit 94, a steam reforming reaction occurs, and the mixture Is reformed into a fuel rich in hydrogen. The reformed fuel flows into the fuel gas dispersion chamber 76 through the small hole 64b. A large number of small holes 64 b are provided around the fuel gas dispersion chamber 76, and a sufficient volume is secured as the fuel gas dispersion chamber 76, so that the reformed fuel protrudes into the fuel gas dispersion chamber 76. Evenly flows into the battery cells 16.

一方、空気流量調整ユニット45により供給された酸化剤ガスである空気は、酸化剤ガス導入パイプ56を介して酸化剤ガス供給流路22に流入する。酸化剤ガス供給流路22に流入した空気は、内側を流れる排気ガスにより加熱されながら酸化剤ガス供給流路22内を上昇する。酸化剤ガス供給流路22内を上昇した空気は、燃料電池セル収容容器8内の上端部で中央に集められ、酸化剤ガス供給流路22に連通された酸化剤ガス噴射用パイプ74に流入する。酸化剤ガス噴射用パイプ74に流入した空気は下端から発電室10内に噴射され、噴射された空気は第1固定部材63の上面に当たって発電室10内全体に広がる。発電室10内に流入した空気は、排気集約室18の外周壁と内側円筒部材64の内周壁の間の隙間、及び排気集約室18の内周壁と酸化剤ガス噴射用パイプ74の外周面の間の隙間を通って上昇する。   On the other hand, the air, which is the oxidant gas supplied by the air flow rate adjusting unit 45, flows into the oxidant gas supply passage 22 through the oxidant gas introduction pipe 56. The air flowing into the oxidant gas supply channel 22 rises in the oxidant gas supply channel 22 while being heated by the exhaust gas flowing inside. The air rising in the oxidant gas supply passage 22 is collected at the center at the upper end portion in the fuel cell storage container 8 and flows into the oxidant gas injection pipe 74 communicated with the oxidant gas supply passage 22. To do. The air flowing into the oxidant gas injection pipe 74 is injected into the power generation chamber 10 from the lower end, and the injected air hits the upper surface of the first fixing member 63 and spreads throughout the power generation chamber 10. The air that has flowed into the power generation chamber 10 flows into the gap between the outer peripheral wall of the exhaust collecting chamber 18 and the inner peripheral wall of the inner cylindrical member 64, and between the inner peripheral wall of the exhaust collecting chamber 18 and the outer peripheral surface of the oxidizing gas injection pipe 74. Ascend through the gaps in between.

この際、各燃料電池セル16の外側(空気極側)を通って流れる空気の一部は発電反応に利用される。また、排気集約室18の上方に上昇した空気の一部は、排気集約室18の噴出口18dから噴出する燃料の燃焼に利用される。燃焼により生成された排気ガス、及び発電、燃焼に利用されずに残った空気は、小穴64aを通って排ガス排出流路21に流入する。排ガス排出流路21に流入した排気ガス及び空気は、燃焼触媒60により一酸化炭素が除去された後、排出される。   At this time, a part of the air flowing through the outside (air electrode side) of each fuel cell 16 is used for the power generation reaction. Further, a part of the air that has risen above the exhaust aggregation chamber 18 is used for the combustion of fuel ejected from the ejection port 18d of the exhaust aggregation chamber 18. Exhaust gas generated by the combustion and air remaining without being used for power generation and combustion flow into the exhaust gas discharge passage 21 through the small hole 64a. The exhaust gas and air that have flowed into the exhaust gas discharge passage 21 are discharged after carbon monoxide is removed by the combustion catalyst 60.

このように、各燃料電池セル16が発電可能な温度である650℃程度まで上昇し、各燃料電池セル16の内側(燃料極側)に改質された燃料が流れ、外側(空気極側)に空気が流れると、化学反応により起電力が発生する。この状態において、燃料電池セル収容容器8から引き出されているバスバー80にインバータ54が接続されると、各燃料電池セル16から電力が取り出され、発電が行われる。   In this way, the temperature rises to about 650 ° C., which is the temperature at which each fuel cell 16 can generate electricity, and the reformed fuel flows inside each fuel cell 16 (fuel electrode side) and outside (air electrode side). When air flows through the chamber, an electromotive force is generated by a chemical reaction. In this state, when the inverter 54 is connected to the bus bar 80 drawn out from the fuel cell storage container 8, electric power is taken out from each fuel cell 16 to generate power.

また、本実施形態の固体酸化物型燃料電池装置1においては、発電用の空気は、発電室10の中央に配置された酸化剤ガス噴射用パイプ74から噴射され、発電室10内を排気集約室18と内側円筒部材64の間の均等な隙間及び排気集約室18と酸化剤ガス噴射用パイプ74の間の均等な隙間を通って上昇する。このため、発電室10内の空気の流れは、ほぼ完全に軸対称の流れとなり、各燃料電池セル16の周囲には、ムラなく空気が流れる。これにより、各燃料電池セル16間の温度差が抑制され、各燃料電池セル16で均等な起電力を発生することができる。   Further, in the solid oxide fuel cell device 1 of the present embodiment, the power generation air is injected from the oxidant gas injection pipe 74 disposed in the center of the power generation chamber 10, and the inside of the power generation chamber 10 is exhausted. Ascending through the uniform gap between the chamber 18 and the inner cylindrical member 64 and the uniform gap between the exhaust collecting chamber 18 and the oxidant gas injection pipe 74. For this reason, the air flow in the power generation chamber 10 is almost completely axisymmetric, and the air flows uniformly around each fuel cell 16. Thereby, the temperature difference between each fuel cell 16 is suppressed, and an equal electromotive force can be generated in each fuel cell 16.

次に、図2−図4,図8及び図9を参照して、本発明の実施形態による固体酸化物型燃料電池装置1の製造工程の概略を説明する。
まず、内側円筒部材64、中間円筒部材65、外側円筒部材66、及び第1固定部材63を溶接により一体に組み立てる(図3参照)。また、内側円筒部材64と中間円筒部材65の間に設けられる改質部94には、改質触媒96を充填する。さらに、水供給パイプ88及び燃料ガス供給パイプ90も溶接により取り付ける。
Next, an outline of a manufacturing process of the solid oxide fuel cell device 1 according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
First, the inner cylindrical member 64, the intermediate cylindrical member 65, the outer cylindrical member 66, and the first fixing member 63 are assembled together by welding (see FIG. 3). Further, the reforming catalyst 94 is filled in the reforming section 94 provided between the inner cylindrical member 64 and the intermediate cylindrical member 65. Further, the water supply pipe 88 and the fuel gas supply pipe 90 are also attached by welding.

次に、燃料電池セル16の一方の端部を第1固定部材63の挿通穴63aに挿通し、燃料電池セル16を第1固定部材63に対して治具等により位置決めする。次いで、位置決めされた燃料電池セル16の他方の端部側に、第2固定部材である集約室下部材18bを配置する。
このように、各燃料電池セル16が位置決めされた状態で、集約室下部材18bの上にセラミック接着剤を注入し、カバー部材19cを配置した後、乾燥炉内で加熱することによりセラミック接着剤を硬化させる。これにより、セラミック接着剤層118(図2参照)が形成される。セラミック接着剤層118により、燃料電池セル16と集約室下部材18bとのセル接合部が気密的に接合される。
なお、各燃料電池セル16は、そのリード膜層104a、104bの部分でセラミック接着剤により接着される(図6参照)。
Next, one end of the fuel cell 16 is inserted into the insertion hole 63a of the first fixing member 63, and the fuel cell 16 is positioned with respect to the first fixing member 63 by a jig or the like. Next, an aggregation chamber lower member 18b, which is a second fixing member, is disposed on the other end side of the positioned fuel battery cell 16.
Thus, in the state where each fuel cell 16 is positioned, the ceramic adhesive is injected onto the aggregation chamber lower member 18b, the cover member 19c is disposed, and then heated in a drying furnace, thereby the ceramic adhesive. To cure. As a result, a ceramic adhesive layer 118 (see FIG. 2) is formed. By the ceramic adhesive layer 118, the cell joint portion between the fuel battery cell 16 and the aggregation chamber lower member 18b is airtightly joined.
Each fuel cell 16 is bonded to the lead film layers 104a and 104b with a ceramic adhesive (see FIG. 6).

セラミック接着剤の加熱工程においては、乾燥炉内の温度は、常温から約120分で約60℃まで上昇され、次いで、約20分で約80℃まで上昇され、その後約60分間約80℃に維持される。約80℃の温度を維持した後、乾燥炉内の温度は、約30分で常温に戻される。
この加熱工程により、セラミック接着剤は、以後の製造工程を実施可能な状態まで硬化される。また、後の工程において、セラミック接着剤は、第2の加熱工程を行うことにより、固体酸化物型燃料電池装置1の起動工程における温度上昇に耐え得る状態まで硬化される。
In the heating process of the ceramic adhesive, the temperature in the drying furnace is raised from room temperature to about 60 ° C. in about 120 minutes, then raised to about 80 ° C. in about 20 minutes, and then about 80 ° C. for about 60 minutes. Maintained. After maintaining the temperature of about 80 ° C., the temperature in the drying furnace is returned to room temperature in about 30 minutes.
By this heating process, the ceramic adhesive is cured to a state where a subsequent manufacturing process can be performed. In the subsequent process, the ceramic adhesive is cured to a state that can withstand the temperature rise in the starting process of the solid oxide fuel cell device 1 by performing the second heating process.

次に、組立体を上下反転し、各燃料電池セル16の先端部が突出している第1固定部材63の上にセラミック接着剤を注入し、カバー部材67を配置した後、乾燥炉内で上述の加熱工程を実施することにより、セラミック接着剤を硬化させる。これにより、セラミック接着剤層122(図2参照)が形成される。セラミック接着剤層122により、燃料電池セル16と第1固定部材63とのセル接合部が気密的に接合される。   Next, the assembly is turned upside down, a ceramic adhesive is injected onto the first fixing member 63 from which the tip of each fuel cell 16 protrudes, and the cover member 67 is disposed. The ceramic adhesive is cured by performing the heating step. Thereby, the ceramic adhesive bond layer 122 (refer FIG. 2) is formed. The cell bonding portion between the fuel cell 16 and the first fixing member 63 is airtightly bonded by the ceramic adhesive layer 122.

次に、図8に示すように、第1固定部材63から突出している各燃料電池セル16の先端部(上下反転させていないときの下端部)に集電体82が取り付けられ、この集電体82がバスバー80に接続される。集電体82は、複数の燃料電池セル16からなるセル配列に対して、各取付孔84が対応する燃料電池セル16の軸方向の上方に位置するように位置決めされる。そして、集電体82は、上方からセル配列に対して所定の押圧力で押し付けられる。これにより、各取付孔84に燃料電池セル16の端部が挿入され、取付孔84の弾性片84aによる弾性力によって、集電体82はセル配列に取り付けられる。   Next, as shown in FIG. 8, a current collector 82 is attached to the front end portion (lower end portion when not vertically inverted) of each fuel cell 16 protruding from the first fixing member 63. Body 82 is connected to bus bar 80. The current collector 82 is positioned so that each attachment hole 84 is positioned above the corresponding fuel cell 16 in the axial direction with respect to the cell array composed of the plurality of fuel cells 16. The current collector 82 is pressed against the cell array from above with a predetermined pressing force. As a result, the end of the fuel cell 16 is inserted into each mounting hole 84, and the current collector 82 is attached to the cell array by the elastic force of the elastic piece 84 a of the mounting hole 84.

次に、組立体に分散室底部材72を取り付ける。さらに、分散室底部材72の外周面と内側円筒部材64の内周面の間の円環状の隙間に、セラミック接着剤を充填する。また、分散室底部材72の中央に設けられた、挿通管72aの中に、碍子78を配置し、セラミック接着剤を充填する。集電体82から延びる各バスバー80は、この碍子78及びセラミック接着剤を貫通する。この状態で、組立体に対して上述の加熱工程を実行して、セラミック接着剤を硬化させる。   Next, the dispersion chamber bottom member 72 is attached to the assembly. Further, a ceramic adhesive is filled in an annular gap between the outer peripheral surface of the dispersion chamber bottom member 72 and the inner peripheral surface of the inner cylindrical member 64. Further, an insulator 78 is disposed in an insertion tube 72a provided at the center of the dispersion chamber bottom member 72, and is filled with a ceramic adhesive. Each bus bar 80 extending from the current collector 82 passes through the insulator 78 and the ceramic adhesive. In this state, the above-described heating process is performed on the assembly to cure the ceramic adhesive.

次に、図9に示すように、組立体の上下を反転し、集約室下部材18bから突出するように固定された各燃料電池セル16の先端部に集電体82を取り付ける。さらに、集約室下部材18b上に集約室上部材18aを配置し、集約室上部材18aと集約室下部材18bの隙間に、セラミック接着剤を注入する。また、セラミック接着剤の上に大径シールリング19a,小径シールリング19bを配置する。この状態で、組立体に対して上述の加熱工程を実行して、セラミック接着剤層120a,120b(図4参照)を形成する。   Next, as shown in FIG. 9, the assembly is turned upside down, and a current collector 82 is attached to the tip of each fuel cell 16 fixed so as to protrude from the aggregation chamber lower member 18 b. Further, the aggregation chamber upper member 18a is disposed on the aggregation chamber lower member 18b, and a ceramic adhesive is injected into the gap between the aggregation chamber upper member 18a and the aggregation chamber lower member 18b. A large-diameter seal ring 19a and a small-diameter seal ring 19b are disposed on the ceramic adhesive. In this state, the above heating process is performed on the assembly to form the ceramic adhesive layers 120a and 120b (see FIG. 4).

次に、組立体に対して、内側円筒容器68及び外側円筒容器70を溶接又はセラミック接着剤により取り付ける。その後、外側円筒部材66と内側円筒容器68との隙間にセラミック接着剤を充填し、上述の加熱工程により硬化させる。この加熱工程の後に、さらに高い温度(例えば、約650℃)まで昇温する第2の加熱工程が実行され、各セラミック接着剤層を、起動工程における温度上昇に耐え得る状態まで硬化させる。   Next, the inner cylindrical container 68 and the outer cylindrical container 70 are attached to the assembly by welding or ceramic adhesive. Thereafter, the gap between the outer cylindrical member 66 and the inner cylindrical container 68 is filled with a ceramic adhesive, and is cured by the heating process described above. After this heating step, a second heating step is performed in which the temperature is raised to a higher temperature (for example, about 650 ° C.), and each ceramic adhesive layer is cured to a state that can withstand the temperature increase in the startup step.

以上の工程により、図2に示す組立体が製造され、最後に還元工程が行われる。この還元工程では、高温(例えば、約650℃)の炉内で高温の還元ガス(燃料ガス、即ち、水素ガス)を燃料ガス供給パイプ90から供給し、還元ガスが各燃料電池セル16の燃料極側を通過するようにする。これにより、高温の還元ガスの雰囲気内で酸化された燃料極を還元して、例えば、燃料極に含まれていた酸化ニッケルをニッケルに還元することができる。
なお、還元工程は、上述の第2の加熱工程の実施後に組立体を低温に戻してから実行してもよいし、第2の加熱工程に引き続き連続して実行してもよいし、両工程を同時に実行してもよい。
Through the above steps, the assembly shown in FIG. 2 is manufactured, and finally a reduction step is performed. In this reduction process, a high-temperature reducing gas (fuel gas, that is, hydrogen gas) is supplied from a fuel gas supply pipe 90 in a high-temperature (for example, about 650 ° C.) furnace, and the reducing gas is used as fuel for each fuel cell 16. Pass through the pole side. Thereby, the fuel electrode oxidized in the atmosphere of the high temperature reducing gas can be reduced, and for example, nickel oxide contained in the fuel electrode can be reduced to nickel.
The reduction step may be performed after returning the assembly to a low temperature after the second heating step described above, or may be performed continuously following the second heating step, or both steps. May be executed simultaneously.

次に、本発明の実施形態による固体酸化物型燃料電池装置1の製造工程のうち、集電体82を燃料電池セル16のセル配列に固定する方法について詳細に説明する。
先ず、図10−図12を参照して、第1実施例を説明する。
図10は集電体の固定方法の説明図であり、図11は固定方法のフローチャートであり、図12は集電体が燃料電池セルに固定された状態を示す説明図である。
各燃料電池セル16は、円筒形状の多孔質支持体97を有し、その外周面に、燃料極層98,反応抑制層99,固体電解質層100,空気極層101,電極層103a及び103b,リード膜層104a及び104bが形成されている(図6参照)。
Next, a method for fixing the current collector 82 to the cell array of the fuel cells 16 in the manufacturing process of the solid oxide fuel cell device 1 according to the embodiment of the present invention will be described in detail.
First, the first embodiment will be described with reference to FIGS.
FIG. 10 is an explanatory diagram of a method of fixing the current collector, FIG. 11 is a flowchart of the fixing method, and FIG. 12 is an explanatory diagram showing a state where the current collector is fixed to the fuel cell.
Each fuel cell 16 has a cylindrical porous support 97, and on its outer peripheral surface, a fuel electrode layer 98, a reaction suppression layer 99, a solid electrolyte layer 100, an air electrode layer 101, electrode layers 103a and 103b, Lead film layers 104a and 104b are formed (see FIG. 6).

先ず、図10(a)に示すように、各燃料電池セル16の両端部の電極層103a,103bの露出面に導電性を有する接着剤151が塗布される(図11のステップS1)。この接着剤塗布工程は、複数の燃料電池セル16がセル配列にモジュール化される前に、即ち、各燃料電池セル16が単体の状態で実行される。   First, as shown in FIG. 10A, a conductive adhesive 151 is applied to the exposed surfaces of the electrode layers 103a and 103b at both ends of each fuel cell 16 (step S1 in FIG. 11). This adhesive application step is performed before the plurality of fuel cells 16 are modularized into a cell array, that is, each fuel cell 16 is in a single state.

本実施形態における接着剤151は、バインダー成分151aに固体粉末151bが混合されたものであり、硬化前はペースト状である。バインダー成分としては、例えば、α−テルピネオール、ノニオン系界面活性剤、ポリビニルブチラール及びポリアセタールの混合材のいずれかを用いることができる。固体粉末は、固体酸化物型燃料電池装置1の運転温度(例えば、約600℃以上)以下で焼結する粒子状の導電性材料であり、例えば、ニッケルの粉末である。粉末は、その平均粒径が、多孔質体である電極層の細孔径と同程度かそれよりも小さくなるように設定される。本実施形態の粉末は、粒径がμmオーダーから数十μm程度である。したがって、接着剤塗布工程において、接着剤151のバインダー成分151a及び固体粉末151bの一部が、多孔質体である電極層の細孔内に進入し、又は、電極層の細孔の開口を塞ぐように配置される。   The adhesive 151 in the present embodiment is obtained by mixing a solid powder 151b with a binder component 151a, and is in a paste form before curing. As the binder component, for example, any of α-terpineol, a nonionic surfactant, a mixture of polyvinyl butyral and polyacetal can be used. The solid powder is a particulate conductive material that is sintered at or below the operating temperature (for example, about 600 ° C. or higher) of the solid oxide fuel cell device 1, and is, for example, a nickel powder. The average particle size of the powder is set to be equal to or smaller than the pore size of the electrode layer that is a porous body. The powder according to this embodiment has a particle size of about μm to several tens of μm. Therefore, in the adhesive application step, a part of the binder component 151a and the solid powder 151b of the adhesive 151 enters the pores of the electrode layer that is a porous body, or closes the openings of the pores of the electrode layer. Are arranged as follows.

次に、図10(b)に示すように、接着剤151を加熱して、バインダー成分151aを乾燥させる(図11のステップS2)。この乾燥工程(第1硬化工程)は、例えば、上述の加熱工程と同様に、乾燥炉内の約80℃の雰囲気中に各燃料電池セル16を配置することにより、バインダー成分151aを乾燥させることができる。乾燥工程における乾燥温度は、バインダー成分151aを乾燥させることはできるが、固定粉末151bを焼結させる温度以下に設定される。なお、上述のセラミック接着剤の加熱工程が、この乾燥工程を兼ねてもよい。   Next, as shown in FIG. 10B, the adhesive 151 is heated to dry the binder component 151a (step S2 in FIG. 11). In this drying step (first curing step), for example, the fuel cell 16 is disposed in an atmosphere of about 80 ° C. in the drying furnace in the same manner as the heating step described above, thereby drying the binder component 151a. Can do. The drying temperature in the drying step can be set to be equal to or lower than the temperature at which the fixed powder 151b is sintered, although the binder component 151a can be dried. In addition, the heating process of the above-mentioned ceramic adhesive may also serve as this drying process.

乾燥工程において、バインダー成分151aが乾燥することによって、電極層の全体の細孔内又は表面に近い細孔内には、主に固体粉末151bからなる電極保護層152が形成される(電極保護層形成工程)。
本実施形態の電極保護層152は、主に微細なニッケル粉末からなり、電極層よりも硬い層である。そして、電極保護層152は、電極層を覆うことにより、電極層に対する外力から電極層を保護することができる。
In the drying step, the binder component 151a is dried, so that the electrode protective layer 152 mainly composed of the solid powder 151b is formed in the entire pores of the electrode layer or in the pores close to the surface (electrode protective layer). Forming step).
The electrode protective layer 152 of the present embodiment is a layer made mainly of fine nickel powder and harder than the electrode layer. And the electrode protective layer 152 can protect an electrode layer from the external force with respect to an electrode layer by covering an electrode layer.

次に、電極保護層152が形成された燃料電池セル16を、第1固定部材63及び集約室下部材18bに位置決めした状態で固定することにより(図8参照)、複数の燃料電池セル16からなるセル配列にモジュール化する(図11のステップS3)。   Next, by fixing the fuel cell 16 in which the electrode protection layer 152 is formed in a state of being positioned on the first fixing member 63 and the aggregation chamber lower member 18b (see FIG. 8), The resulting cell array is modularized (step S3 in FIG. 11).

次に、図10(c)に示すように、モジュール化された燃料電池セル16の両端部にそれぞれ集電体82を取り付ける集電体取付工程を実行する(図11のステップS4)。具体的には、図10(c)に仮想線で示すように、集電体82の各集電板83a−83eをセル配列に対して位置決めする。即ち、集電体82の取付孔84の中心が対応する燃料電池セル16の略軸中心上に位置するように、各集電板を配置する。そして、図10(c)に実線で示すように、集電板82をセル配列に対して押し付ける。これにより、各燃料電池セル16が、対応する取付孔84内に挿入される。このとき、取付孔84の複数の弾性片84aが、燃料電池セル16の外周面に沿って弾性的に撓み、外周面と当接する。そして、各集電板を所定位置まで押し込むと、弾性片84aが電極保護層152に対して弾性的に係合する。これにより、弾性片84aと電極保護層152とが電気的に接続される。   Next, as shown in FIG. 10 (c), a current collector attaching step for attaching the current collectors 82 to both ends of the modularized fuel cell 16 is performed (step S 4 in FIG. 11). Specifically, as indicated by phantom lines in FIG. 10C, the current collector plates 83a to 83e of the current collector 82 are positioned with respect to the cell array. That is, the current collector plates are arranged so that the center of the mounting hole 84 of the current collector 82 is positioned on the substantially axial center of the corresponding fuel cell 16. Then, as shown by a solid line in FIG. 10C, the current collector plate 82 is pressed against the cell array. Thereby, each fuel cell 16 is inserted into the corresponding mounting hole 84. At this time, the plurality of elastic pieces 84 a of the attachment hole 84 are elastically bent along the outer peripheral surface of the fuel cell 16 and come into contact with the outer peripheral surface. When each current collecting plate is pushed into a predetermined position, the elastic piece 84 a is elastically engaged with the electrode protection layer 152. Thereby, the elastic piece 84a and the electrode protective layer 152 are electrically connected.

集電体82をセル配列に対して取り付ける際に、撓んだ弾性片84aが燃料電池セル16の外周面に形成された電極保護層152と当接しながら、集電体82は所定位置まで移動する。このとき、燃料電池セル16の電極層は、電極保護層152によって覆われているため、弾性片84aとの当接による損傷から保護される。したがって、本実施形態では、大きな弾性力を有する弾性片84aを備えた集電体82を用いることができる。   When the current collector 82 is attached to the cell array, the current collector 82 moves to a predetermined position while the bent elastic piece 84a contacts the electrode protective layer 152 formed on the outer peripheral surface of the fuel cell 16. To do. At this time, since the electrode layer of the fuel battery cell 16 is covered with the electrode protection layer 152, it is protected from damage due to contact with the elastic piece 84a. Therefore, in this embodiment, the current collector 82 including the elastic piece 84a having a large elastic force can be used.

次に、図10(d)に示すように、弾性片84aと電極保護層152とを接着する接着工程(第2硬化工程)を実行する(図11のステップS5)。具体的には、電極保護層152を固体粉末151bの融点以下の温度で加熱して、固体粉末151bを焼結させる工程を実施する。焼結により、電極保護層152は体積が収縮して緻密化される。この焼結工程は、集電体82と燃料電池セル16との接着のためだけに実行してもよいが、上述のセラミック接着剤の第2の加熱工程、又は、還元工程が焼結工程を兼ねることもできる。第2の加熱工程、又は、還元工程が焼結工程を兼ねるように構成すると、製造工程を短縮化することができる。   Next, as shown in FIG. 10D, an adhesion process (second curing process) for bonding the elastic piece 84a and the electrode protection layer 152 is performed (step S5 in FIG. 11). Specifically, the electrode protective layer 152 is heated at a temperature equal to or lower than the melting point of the solid powder 151b to sinter the solid powder 151b. Due to the sintering, the volume of the electrode protective layer 152 shrinks and becomes dense. This sintering process may be performed only for the adhesion between the current collector 82 and the fuel battery cell 16, but the second heating process or the reducing process of the ceramic adhesive described above performs the sintering process. It can also be combined. If the second heating step or the reduction step is configured to also serve as the sintering step, the manufacturing step can be shortened.

本実施形態では、固体粉末151bとして、ニッケル粉末を使用している。このため、固体粉末151bは、約250℃付近から徐々に焼結が開始され、約550℃まで昇温する間に完全に焼結する。したがって、焼結工程を兼ねる第2の加熱工程又は還元工程において、例えば、約650℃まで徐々に昇温する過程で、焼結工程を完了させることができる。   In this embodiment, nickel powder is used as the solid powder 151b. For this reason, the solid powder 151b is gradually sintered from about 250 ° C., and is completely sintered while the temperature is raised to about 550 ° C. Therefore, in the second heating step or reduction step also serving as the sintering step, for example, the sintering step can be completed in the process of gradually raising the temperature to about 650 ° C.

一方、本実施形態では、集電体82は、ニッケル板により形成されており、集電体82の温度が上昇すると、板材料の弾性係数が低下し、また、再結晶を起こして弾性力が低下するおそれがある。弾性係数の低下や再結晶による弾性力の低下が起こると、電極保護層152に対する弾性片84aの押圧力が低下し、弾性片84aと電極保護層152との接触が失われるおそれがある。ニッケルの再結晶温度は、約530℃−約660℃である。   On the other hand, in the present embodiment, the current collector 82 is formed of a nickel plate, and when the temperature of the current collector 82 increases, the elastic coefficient of the plate material decreases and recrystallization occurs, resulting in an elastic force. May decrease. When the elastic modulus is lowered or the elastic force is lowered by recrystallization, the pressing force of the elastic piece 84a against the electrode protective layer 152 is lowered, and the contact between the elastic piece 84a and the electrode protective layer 152 may be lost. The recrystallization temperature of nickel is about 530 ° C to about 660 ° C.

しかしながら、本実施形態では、集電体82のニッケル板材料が弾性力を有している間に、電極保護層152の焼結が完了又は少なくとも部分的に完了するように、集電体82及び接着剤151に含まれる固体粉末151bの材料が選択されている。具体的には、本実施形態では、集電体82が再結晶化する前に、固体粉末151bが焼結するように、固体粉末151bの粒径等を設定している。したがって、焼結工程において、弾性片84を電極保護層152に接着することができる。   However, in the present embodiment, while the nickel plate material of the current collector 82 has elasticity, the current collector 82 and The material of the solid powder 151b included in the adhesive 151 is selected. Specifically, in this embodiment, the particle size of the solid powder 151b is set so that the solid powder 151b is sintered before the current collector 82 is recrystallized. Therefore, the elastic piece 84 can be bonded to the electrode protective layer 152 in the sintering step.

さらに、本実施形態では、集電体取付工程の前に、電極層の表面に電極保護層152を形成しているので、集電体を取り付ける際に、電極層が弾性片84aによってひっかかれて、損傷すること(剥がれ)を防止することができる。このため、比較的弾性力の大きな弾性片84aを有する集電体82を用いることができる。即ち、比較的板厚の大きい板材から集電体82を形成することができる。弾性片84aの弾性力が大きいと、固体酸化物型燃料電池1の運転中に燃料電池セル16及び集電体82が高温に晒されたときであっても、弾性片84aが比較的大きな弾性力を保持することができる。これにより、接着工程を実行することによる電極保護層152の接着力が無い場合でも、弾性片84aは、その弾性力で電極層に対して係合し、電気的接続を維持することができる。   Furthermore, in this embodiment, since the electrode protective layer 152 is formed on the surface of the electrode layer before the current collector mounting step, the electrode layer is scratched by the elastic piece 84a when the current collector is mounted. It is possible to prevent damage (peeling). For this reason, the current collector 82 having the elastic piece 84a having a relatively large elastic force can be used. That is, the current collector 82 can be formed from a plate material having a relatively large thickness. When the elastic force of the elastic piece 84a is large, the elastic piece 84a has a relatively large elasticity even when the fuel cell 16 and the current collector 82 are exposed to a high temperature during operation of the solid oxide fuel cell 1. Can hold power. Thereby, even when there is no adhesive force of the electrode protective layer 152 by performing an adhesion | attachment process, the elastic piece 84a can engage with an electrode layer with the elastic force, and can maintain an electrical connection.

焼結工程においては、固体粉末151bが加熱されると、少なくとも固体粉末151bの表面部分が流動性を有するようになり、部分的な融解状態となる。このとき、弾性片84aが弾性力により電極保護層152を押圧しているので、弾性片84aの先端部が、部分的に電極保護層152内に沈み込む、又は、埋没する。焼結の完了時点では、固体粉末151bの流動性が無くなり固体状態となる。電極保護層152は流動状態から固体状態になることにより、接着機能を発揮する。このように、電極保護層152が焼結されると、図12に示すように、弾性片84aは、焼結された電極保護層152に対して強固に接着される。これにより、運転中において、弾性片84aに応力や熱等の外的な負荷が加えられたときに、弾性片84aが電極層に対して物理的に変位することが防止される。よって、導電性の電極保護層152を介して、集電体82とセル配列との間の導電性が確保される。   In the sintering step, when the solid powder 151b is heated, at least the surface portion of the solid powder 151b has fluidity and is in a partially molten state. At this time, since the elastic piece 84a presses the electrode protective layer 152 by elastic force, the tip of the elastic piece 84a partially sinks or is buried in the electrode protective layer 152. When the sintering is completed, the fluidity of the solid powder 151b is lost and a solid state is obtained. The electrode protective layer 152 exhibits an adhesive function by changing from a fluid state to a solid state. Thus, when the electrode protective layer 152 is sintered, the elastic piece 84a is firmly bonded to the sintered electrode protective layer 152 as shown in FIG. This prevents the elastic piece 84a from being physically displaced with respect to the electrode layer when an external load such as stress or heat is applied to the elastic piece 84a during operation. Therefore, the electrical conductivity between the current collector 82 and the cell array is ensured via the conductive electrode protective layer 152.

このように、焼結工程において、弾性片84aが部分的に接着剤(電極保護層152)に沈み込んだり、覆われたりすることにより、弾性片84aと接着剤との接触面積が大きくなり、両者間の接着度合が強固になると共に、弾性片84aと電極層との間の電気的抵抗を小さくすることができる。   Thus, in the sintering step, the elastic piece 84a partially sinks in or is covered with the adhesive (electrode protective layer 152), thereby increasing the contact area between the elastic piece 84a and the adhesive, The degree of adhesion between the two becomes strong, and the electrical resistance between the elastic piece 84a and the electrode layer can be reduced.

また、本実施形態では、電極層103a,103bを、燃料極層98又は空気極層101と同一の多孔質材料で形成することにより、製造工程を簡単化している。このため、電極層は多孔質構造を有しているので、電気導電性がそれほど良好でなかったり、接触抵抗が大きくなったりするおそれがある。しかしながら、本実施形態では、電極層の表面だけでなく、少なくとも電極層の表層の細孔内にも電極保護層152が形成されるので、電極層の電気導電性を改善すると共に、電極保護層152と電極層との間の電気的抵抗をも小さくすることができ、より効率のよい燃料電池を構成することができる。   In the present embodiment, the manufacturing process is simplified by forming the electrode layers 103 a and 103 b from the same porous material as the fuel electrode layer 98 or the air electrode layer 101. For this reason, since the electrode layer has a porous structure, there is a possibility that the electrical conductivity is not so good or the contact resistance is increased. However, in this embodiment, since the electrode protective layer 152 is formed not only on the surface of the electrode layer but also at least in the pores of the surface layer of the electrode layer, the electrical conductivity of the electrode layer is improved and the electrode protective layer is also improved. The electric resistance between 152 and the electrode layer can also be reduced, and a more efficient fuel cell can be configured.

さらに、電極保護層152が焼結により、多孔質構造の電極層の細孔に入り込んだ固体粉末151bが部分的に溶融状態となった後、固化して、緻密化されるので、多孔質内での電気導通経路が実質的に拡大される。これにより、導電性の高い緻密なインターコネクタ構造を形成することができる。
さらに、焼結工程における緻密化の過程で、電極保護層152が弾性片84aによって加圧されるので、弾性片84aが電極層を加圧する箇所における電極保護層152の緻密性が高められる。これにより、弾性片84a付近の電気導通経路における導電性をさらに高めることができる。
さらに、本実施形態では、接着工程が緻密化工程を兼ねているので、製造工程を簡単化することができる。
Furthermore, since the electrode protective layer 152 is sintered, the solid powder 151b that has entered the pores of the electrode layer having a porous structure is partially melted and then solidified and densified. The electrical conduction path at is substantially enlarged. Thereby, a dense interconnector structure with high conductivity can be formed.
Furthermore, since the electrode protection layer 152 is pressed by the elastic piece 84a in the densification process in the sintering process, the density of the electrode protection layer 152 at the location where the elastic piece 84a presses the electrode layer is enhanced. Thereby, the electrical conductivity in the electrical conduction path near the elastic piece 84a can be further increased.
Furthermore, in this embodiment, since the bonding process also serves as a densification process, the manufacturing process can be simplified.

また、複数の燃料電池セル16をセル配列にモジュール化した後に、接着剤塗布工程を実行する場合、接着剤塗布工程は非常に手間が掛る作業となる。しかしながら、本実施形態では、モジュール化工程の前に、単体の状態の燃料電池セル16に対して、接着剤塗布工程及びバインダー乾燥工程を実行することができる。このため、本実施形態では、作業に手間が掛らず、製造工程を簡単にすることができる。   In addition, when the adhesive application process is executed after modularizing the plurality of fuel cells 16 into a cell arrangement, the adhesive application process is a laborious operation. However, in the present embodiment, the adhesive application step and the binder drying step can be performed on the single fuel cell 16 before the modularization step. For this reason, in this embodiment, work is not troublesome and the manufacturing process can be simplified.

なお、本実施形態では、電極保護層152が接着剤を兼ねているが、これに限らず、電極保護層152とは別の接着剤を更に用いて、弾性片84aを電極保護層152に更に強固に接着してもよい。別の接着剤の使用は、電極保護層152による接着機能が十分でない場合や、電極保護層152が接着機能を有しない場合に有効である。   In this embodiment, the electrode protective layer 152 also serves as an adhesive. However, the present invention is not limited to this, and the elastic piece 84a is further added to the electrode protective layer 152 by further using an adhesive different from the electrode protective layer 152. You may adhere | attach firmly. The use of another adhesive is effective when the adhesion function by the electrode protection layer 152 is not sufficient or when the electrode protection layer 152 does not have the adhesion function.

次に、図13を参照して、集電体の固定方法についての第2実施例を説明する。
上述のように第1実施例では、複数の燃料電池セル16をセル配列にモジュール化するモジュール化工程の前に、各燃料電池セル16に対して、接着剤塗布工程及びバインダー乾燥工程が実行されているが、モジュール化工程後に、セル配列に対して接着剤塗布工程及びバインダー乾燥工程を実行してもよい。
Next, a second embodiment of the current collector fixing method will be described with reference to FIG.
As described above, in the first embodiment, an adhesive application process and a binder drying process are performed on each fuel battery cell 16 before the modularization process for modularizing the plurality of fuel battery cells 16 into a cell array. However, you may perform an adhesive agent coating process and a binder drying process with respect to a cell arrangement | sequence after a modularization process.

即ち、第2実施例では、図13に示すように、モジュール化工程(ステップS11)、接着剤塗布工程(ステップS12)、バインダー乾燥工程(ステップS13)、集電体取付工程(ステップS14)、接着工程(ステップS15)が順に実行される。
このように構成することにより、バインダー乾燥工程をセラミック接着剤の加熱工程と同時に実行することが可能となるので、製造工程の短縮化及び省エネルギー化を図ることが可能となる。
That is, in the second embodiment, as shown in FIG. 13, a modularization process (step S11), an adhesive application process (step S12), a binder drying process (step S13), a current collector mounting process (step S14), The bonding process (step S15) is sequentially performed.
By comprising in this way, since it becomes possible to perform a binder drying process simultaneously with the heating process of a ceramic adhesive agent, it becomes possible to aim at shortening of a manufacturing process and energy saving.

次に、図14及び図15を参照して、集電体の固定方法についての第3実施例を説明する。
第3実施例では、先ず、複数の燃料電池セル16を、図8のように、セル配列にモジュール化する(図15のステップS21)。
次に、図14(a)に示すように、電極層103a,103bの表面に導電性の接着剤151を塗布する(図15のステップS22)。この接着剤塗布工程では、ペースト状の接着剤151を電極層の表面に対して厚めに塗布する。接着剤151は、バインダー成分151a及び導電性の固体粉末151bから成るものであり、図10に示した実施例のものと同様である。
ただし、接着剤151は、厚めに塗布できるように、塗布後に電極層上に留まることが可能な程度の粘性があることが好ましい。このため、第3実施例では、接着剤151として、図10の実施例とは異なる導電性接着剤を用いてもよい。
Next, with reference to FIG.14 and FIG.15, 3rd Example about the fixing method of a collector is described.
In the third embodiment, first, a plurality of fuel cells 16 are modularized into a cell arrangement as shown in FIG. 8 (step S21 in FIG. 15).
Next, as shown in FIG. 14A, a conductive adhesive 151 is applied to the surfaces of the electrode layers 103a and 103b (step S22 in FIG. 15). In this adhesive application step, the paste adhesive 151 is applied thicker on the surface of the electrode layer. The adhesive 151 is composed of a binder component 151a and a conductive solid powder 151b, and is the same as that of the embodiment shown in FIG.
However, it is preferable that the adhesive 151 has such a viscosity that it can remain on the electrode layer after application so that it can be applied thickly. For this reason, in the third embodiment, a conductive adhesive different from the embodiment of FIG. 10 may be used as the adhesive 151.

次に、図14(b)に示すように、集電体82の各集電板83a−83eをセル配列に対して位置合わせし(図14(b)の仮想線参照)、各集電板をセル配列に対して押し込む(図15のステップS23)。これにより、各燃料電池セル16が、対応する取付孔84に挿入される。所定位置まで各集電板が押し込まれると、取付孔84の弾性片84aが燃料電池セル16の電極層103a,103bの側方に位置する(図14(b)の実線参照)。   Next, as shown in FIG. 14 (b), the current collector plates 83a-83e of the current collector 82 are aligned with the cell arrangement (see the phantom lines in FIG. 14 (b)), and each current collector plate Is pushed into the cell array (step S23 in FIG. 15). Thereby, each fuel cell 16 is inserted into the corresponding mounting hole 84. When each current collecting plate is pushed to a predetermined position, the elastic piece 84a of the mounting hole 84 is positioned on the side of the electrode layers 103a and 103b of the fuel cell 16 (see the solid line in FIG. 14B).

燃料電池セル16は、セラミック材料で形成されており、高い寸法精度で形成することが難しい。このため、複数の燃料電池セル16の間で、長さ、径、曲がり等においてばらつきが生じる。このため、セル配列に対して集電体82を位置合わせしても、取付孔84が、対応する燃料電池セル16に対してずれるおそれがある。このため、集電体取付工程(ステップS23)において、集電体82をセル配列に仮付けした場合、一部の弾性片84aが電極層の表面に接触しないおそれがある。例えば、図14(b)の右側の弾性片84aは電極層の表面に接触しているが、左側の弾性片84aは電極層の表面に接触していない。   The fuel battery cell 16 is made of a ceramic material and is difficult to form with high dimensional accuracy. For this reason, variations in length, diameter, bending, etc. occur between the plurality of fuel cells 16. For this reason, even if the current collector 82 is aligned with the cell array, the attachment holes 84 may be displaced with respect to the corresponding fuel cells 16. Therefore, when the current collector 82 is temporarily attached to the cell array in the current collector mounting step (step S23), there is a possibility that some of the elastic pieces 84a do not come into contact with the surface of the electrode layer. For example, the right elastic piece 84a in FIG. 14B is in contact with the surface of the electrode layer, but the left elastic piece 84a is not in contact with the surface of the electrode layer.

このため、接着剤塗布工程(ステップS22)では、燃料電池セル16の寸法誤差を考慮して、接着剤151が電極層の表面に厚めに塗布されている。これにより、集電体取付工程において、電極層の表面に接触しない弾性片84aを、接着剤151内に埋もれた状態か、少なくとも接着剤151に接触した状態にすることができる。   For this reason, in the adhesive application process (step S22), the adhesive 151 is applied thicker on the surface of the electrode layer in consideration of the dimensional error of the fuel cell 16. Accordingly, in the current collector mounting step, the elastic piece 84a that does not contact the surface of the electrode layer can be in a state of being buried in the adhesive 151 or in a state of being in contact with at least the adhesive 151.

次に、図14(c)に示すように、接着剤151を加熱して、バインダー成分151aを乾燥させる(図15のステップS24)。この乾燥工程は、図10(b)に関連して説明した乾燥工程と同様である。
この乾燥工程により、図14(c)の右側の弾性片84aは、電極層の表面に接触した状態で、固体粉末151bからなる電極保護層152に一部が覆われ電極層に固定される。一方、図14(c)の左側の弾性片84aは、電極層の表面には接触していないが、電極保護層152を介して、電極層に対して固定される。
Next, as shown in FIG. 14C, the adhesive 151 is heated to dry the binder component 151a (step S24 in FIG. 15). This drying process is the same as the drying process described with reference to FIG.
By this drying step, the elastic piece 84a on the right side of FIG. 14C is partially covered with the electrode protection layer 152 made of the solid powder 151b and fixed to the electrode layer in a state in contact with the surface of the electrode layer. On the other hand, the elastic piece 84a on the left side in FIG. 14C is not in contact with the surface of the electrode layer, but is fixed to the electrode layer via the electrode protective layer 152.

次に、図14(d)に示すように、弾性片84aと電極保護層152とを接着する接着工程を実行する(図15のステップS25)。この接着工程は、図10(d)に関連して説明した乾燥工程と同様である。
この接着工程により、弾性片84aは、電極層に強固に接着される。そして、図14(d)の右側の弾性片84aは、電極層の表面に接触した状態で、電極保護層152により電極層に接着されるため、電極層との直接的な接触により導通が確保される。一方、図14(d)の左側の弾性片84aは、電極層の表面に接触していないが、電極保護層152を介して電極層に接着されるため、導電性を有する電極保護層152を介して電極層との導通を確保することができる。
Next, as shown in FIG. 14D, an adhering process for adhering the elastic piece 84a and the electrode protective layer 152 is performed (step S25 in FIG. 15). This adhesion process is the same as the drying process described in relation to FIG.
By this bonding step, the elastic piece 84a is firmly bonded to the electrode layer. And since the elastic piece 84a on the right side of FIG. 14 (d) is adhered to the electrode layer by the electrode protection layer 152 while being in contact with the surface of the electrode layer, conduction is ensured by direct contact with the electrode layer. Is done. On the other hand, the elastic piece 84a on the left side of FIG. 14D is not in contact with the surface of the electrode layer, but is adhered to the electrode layer through the electrode protective layer 152, so that the conductive electrode protective layer 152 is provided. Therefore, conduction with the electrode layer can be ensured.

このように第3実施例では、燃料電池セル16の寸法誤差が比較的大きく、集電体取付工程の実施後において、一部の弾性片84aが電極層と接触しない場合であっても、確実にすべての弾性片84aを電極層に対して電気的に接続することができる。
また、固体酸化物型燃料電池装置1の運転時に、集電体82が運転温度まで昇温されることによって、集電体82の弾性片84aの弾性力が低下しても、接着により、弾性片84aの電極層に対する変位が防止されるので、電極保護層152によって弾性片84aと電極層との間の導通を確保することができる。
As described above, in the third embodiment, the dimensional error of the fuel battery cell 16 is relatively large, and even after some of the elastic pieces 84a are not in contact with the electrode layer after the current collector mounting step, the fuel cell 16 is surely secured. In addition, all the elastic pieces 84a can be electrically connected to the electrode layer.
Further, when the current collector 82 is heated to the operating temperature during the operation of the solid oxide fuel cell device 1, even if the elastic force of the elastic piece 84a of the current collector 82 is reduced, the elasticity is increased by adhesion. Since the displacement of the piece 84a with respect to the electrode layer is prevented, the conduction between the elastic piece 84a and the electrode layer can be ensured by the electrode protective layer 152.

次に、図16及び図17を参照して、集電体の固定方法についての第4実施例を説明する。
第4実施例では、先ず、複数の燃料電池セル16を、図8のように、セル配列にモジュール化する(図17のステップS31)。
次に、図16(a)に示すように、集電体82の各集電板83a−83eをセル配列に対して位置合わせし(図16(a)の仮想線参照)、各集電板をセル配列に対して押し込む(図17のステップS32)。これにより、各燃料電池セル16が、対応する取付孔84に挿入される。所定位置まで各集電板が押し込まれると、取付孔84の弾性片84aが燃料電池セル16の電極層103a,103bに弾性的に係合する(図16(a)の実線参照)。
Next, with reference to FIG.16 and FIG.17, 4th Example about the fixing method of a collector is described.
In the fourth embodiment, first, a plurality of fuel cells 16 are modularized into a cell array as shown in FIG. 8 (step S31 in FIG. 17).
Next, as shown in FIG. 16 (a), the current collector plates 83a-83e of the current collector 82 are aligned with the cell array (see the phantom lines in FIG. 16 (a)), and each current collector plate. Is pushed into the cell array (step S32 in FIG. 17). Thereby, each fuel cell 16 is inserted into the corresponding mounting hole 84. When each current collecting plate is pushed to a predetermined position, the elastic piece 84a of the mounting hole 84 is elastically engaged with the electrode layers 103a and 103b of the fuel cell 16 (see the solid line in FIG. 16A).

次に、図16(b)に示すように、各弾性片84aと電極層103a,103bとの間に接着剤153を塗布し(図17のステップS33)、接着剤153を硬化させ、弾性片84aと電極層とを接着する(図17のステップS34)。
なお、接着剤153は、実施例1で用いた導電性の接着剤を用いてもよいし、他の導電性接着剤を用いてもよい。この場合、集電体取付工程(ステップS32)の実施後において、仮に一部の弾性片84aと電極層とが接触していなくても、接着剤153を介して導通を確保することができる。
また、接着剤153として、導電性の無い接着剤を用いてもよい。この場合、集電体取付工程の実施後に、少なくとも電極層と接触している弾性片84aについては、その弾性片84aと電極層との間では導通を確保することができる。
Next, as shown in FIG. 16 (b), an adhesive 153 is applied between each elastic piece 84a and the electrode layers 103a and 103b (step S33 in FIG. 17), the adhesive 153 is cured, and the elastic piece 84a is bonded to the electrode layer (step S34 in FIG. 17).
Note that the adhesive 153 may be the conductive adhesive used in Example 1, or may be another conductive adhesive. In this case, after the current collector mounting step (step S32), even if some of the elastic pieces 84a and the electrode layer are not in contact with each other, conduction can be ensured through the adhesive 153.
Further, as the adhesive 153, an adhesive having no conductivity may be used. In this case, after the current collector mounting step, at least the elastic piece 84a in contact with the electrode layer can ensure conduction between the elastic piece 84a and the electrode layer.

また、本実施形態では、固体酸化物型燃料電池装置1の運転時に、集電体82が運転温度まで昇温されることによって、集電体82の弾性片84aの弾性力が低下しても、接着剤153によって弾性片84aと電極層との間の導通を確保することができる。
上述のように、燃料電池セル16は寸法誤差が比較的大きいため、集電体取付工程(ステップS32)において、集電板をセル配列に対して位置合わせしても、取付孔84に対して、対応する燃料電池セル16がずれるおそれがある。このため、比較的大きな押圧力で集電板をセル配列に対して押し付ける必要があるが、無理に集電板を押し付けると、露出した電極層103a,103bが弾性片84aによって損傷するおそれがある(例えば、電極層の剥がれ等)。このような損傷を防ぐため、弾性片84aの弾性力を小さくするように、さらに薄い板材で集電体82を形成することが考えられる。しかしながら、弾性力を小さくすると、固体酸化物型燃料電池装置1の運転時において、集電体82が高温に晒されたときに、弾性片84aの弾性力がさらに低下して、弾性片84aと電極層との間の接触が失われるおそれがある。
Further, in the present embodiment, when the current collector 82 is heated to the operating temperature during operation of the solid oxide fuel cell device 1, the elastic force of the elastic piece 84a of the current collector 82 is reduced. The electrical connection between the elastic piece 84a and the electrode layer can be ensured by the adhesive 153.
As described above, since the dimensional error of the fuel cell 16 is relatively large, even if the current collector plate is aligned with the cell arrangement in the current collector mounting step (step S32), There is a risk that the corresponding fuel cell 16 will shift. For this reason, it is necessary to press the current collector plate against the cell array with a relatively large pressing force. However, if the current collector plate is forcibly pressed, the exposed electrode layers 103a and 103b may be damaged by the elastic piece 84a. (For example, peeling of the electrode layer). In order to prevent such damage, it is conceivable to form the current collector 82 with a thinner plate so as to reduce the elastic force of the elastic piece 84a. However, if the elastic force is reduced, when the current collector 82 is exposed to a high temperature during operation of the solid oxide fuel cell device 1, the elastic force of the elastic piece 84a further decreases, and the elastic piece 84a and Contact with the electrode layer may be lost.

そこで、第4実施例では、弾性片84aと電極層とを接着剤153で固定することにより、弾性片84aが電極層から変位することを防止して、高温時における電極層との非接触を防止することができる。このため、弾性力が小さく設定された弾性片84aを有する集電体82を使用することが可能であり、集電体82をより薄い板材から形成することにより、製造コストを装置の軽量化等を図ることができる。   Therefore, in the fourth embodiment, by fixing the elastic piece 84a and the electrode layer with the adhesive 153, the elastic piece 84a is prevented from being displaced from the electrode layer, so that the non-contact with the electrode layer at high temperature is prevented. Can be prevented. For this reason, it is possible to use the current collector 82 having the elastic piece 84a whose elastic force is set to be small. By forming the current collector 82 from a thinner plate material, the manufacturing cost can be reduced. Can be achieved.

1 固体酸化物型燃料電池装置
2 燃料電池モジュール
4 補機ユニット
16 燃料電池セル
16a 単セル
18 排気集約室
18a 集約室上部材
18b 集約室下部材
63 第1固定部材
80 バスバー
82 集電体
82A−82B 集電体
83a−83e 集電板
84 取付孔
84a 弾性片
84b 仮想線
97 多孔質支持体
98 燃料極層
99 反応抑制層
100 固体電解質層
101 空気極層
102 インターコネクタ層
103a,103b 電極層
104a,104b リード膜層
151 接着剤
151a バインダー成分
151b 固体粉末
152 電極保護層
153 接着剤
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Solid oxide type fuel cell apparatus 2 Fuel cell module 4 Auxiliary machine unit 16 Fuel cell 16a Single cell 18 Exhaust collection chamber 18a Aggregation chamber upper member 18b Aggregation chamber lower member 63 First fixed member 80 Bus bar 82 Current collector 82A- 82B Current collector 83a-83e Current collector plate 84 Mounting hole 84a Elastic piece 84b Virtual wire 97 Porous support 98 Fuel electrode layer 99 Reaction suppression layer 100 Solid electrolyte layer 101 Air electrode layer 102 Interconnector layers 103a, 103b Electrode layer 104a 104b Lead film layer 151 Adhesive 151a Binder component 151b Solid powder 152 Electrode protective layer 153 Adhesive

Claims (6)

燃料電池モジュールに収容された複数の燃料電池セルからなるセル配列と、前記セル配列を構成する複数の燃料電池セルの端部に形成された電極に電気的に接続された集電体と、を備えた固体酸化物型燃料電池装置の製造方法であって、
複数の燃料電池セルからなるセル配列を準備する準備工程であって、前記燃料電池セルの端部に形成された電極は、前記燃料電池セルの燃料極又は空気極を構成する多孔質の導電性材料により構成された多孔質体であり、前記準備工程が、前記複数の燃料電池セルの電極に導電性の接着剤を塗布する塗布工程を含む、前記準備工程と、
集電体を前記セル配列に対して取り付ける取付工程であって、前記集電体が、前記複数の燃料電池セルの端部をそれぞれ挿入するための複数の取付孔が形成された金属板であり、各取付孔には複数の弾性片が設けられており、前記集電体を前記セル配列に対して押し付けることにより、前記集電体の各取付孔に、対応する燃料電池セルの端部を挿入し、前記集電体を前記弾性片の弾性力によって前記セル配列に対して取り付ける、前記取付工程と、
前記弾性片と前記燃料電池セルの電極との間に配置された前記接着剤によって、前記弾性片と前記燃料電池セルの電極とを接着する接着工程と、
を備えたことを特徴とする固体酸化物型燃料電池装置の製造方法。
A cell array composed of a plurality of fuel cells housed in a fuel cell module, and a current collector electrically connected to electrodes formed at end portions of the plurality of fuel cells constituting the cell array. A method for producing a solid oxide fuel cell device comprising:
A preparation step for preparing a cell array composed of a plurality of fuel cells, wherein an electrode formed at an end of the fuel cell is a porous conductive material constituting a fuel electrode or an air electrode of the fuel cell A porous body made of a material, and the preparation step includes an application step of applying a conductive adhesive to the electrodes of the plurality of fuel cells, and
A mounting step for mounting the current collector to the cell array, wherein the current collector is a metal plate in which a plurality of mounting holes for inserting the end portions of the plurality of fuel cells are respectively formed. Each mounting hole is provided with a plurality of elastic pieces, and by pressing the current collector against the cell array, the end of the corresponding fuel cell unit is attached to each mounting hole of the current collector. Inserting and attaching the current collector to the cell array by elastic force of the elastic piece; and
Adhering step of bonding the elastic piece and the electrode of the fuel cell by the adhesive disposed between the elastic piece and the electrode of the fuel cell,
A method for producing a solid oxide fuel cell device, comprising:
前記接着剤は、粒子状の導電性材料を含むことを特徴とする請求項1に記載の固体酸化物型燃料電池装置の製造方法。   The method for manufacturing a solid oxide fuel cell device according to claim 1, wherein the adhesive includes a particulate conductive material. 前記塗布工程の後に、前記接着剤の前記粒子状の導電性材料を焼結させて前記接着剤の緻密化層を形成する緻密化工程を備えたことを特徴とする請求項2に記載の固体酸化物型燃料電池装置の製造方法。   3. The solid according to claim 2, further comprising a densification step of forming a densified layer of the adhesive by sintering the particulate conductive material of the adhesive after the applying step. A manufacturing method of an oxide fuel cell device. 前記取付工程の後に、前記緻密化工程を実行することを特徴とする請求項3に記載の固体酸化物型燃料電池装置の製造方法。   The method for manufacturing a solid oxide fuel cell device according to claim 3, wherein the densification step is performed after the attachment step. 前記接着工程は、前記接着剤の前記粒子状の導電性材料を焼結させることによって、前記接着剤を介して前記燃料電池セルの電極に前記弾性片を接着させる工程であり、
前記緻密化工程と前記接着工程は、前記接着剤を加熱することによって同時に実行されることを特徴とする請求項4に記載の固体酸化物型燃料電池装置の製造方法。
The bonding step is a step of bonding the elastic piece to the electrode of the fuel cell via the adhesive by sintering the particulate conductive material of the adhesive.
5. The method for manufacturing a solid oxide fuel cell device according to claim 4, wherein the densification step and the bonding step are performed simultaneously by heating the adhesive. 6.
前記酸化物型燃料電池装置の製造方法は、前記燃料電池セルの燃料極を高温の還元ガスで還元する還元工程を含み、
前記緻密化工程と前記接着工程は、前記還元工程において高温の還元ガスによって前記接着剤が焼結されることにより実行されることを特徴とする請求項5に記載の固体酸化物型燃料電池装置の製造方法。
The manufacturing method of the oxide fuel cell device includes a reduction step of reducing the fuel electrode of the fuel cell with a high-temperature reducing gas,
6. The solid oxide fuel cell device according to claim 5, wherein the densification step and the adhesion step are performed by sintering the adhesive with a high-temperature reducing gas in the reduction step. Manufacturing method.
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